KR20190066075A - 스캐닝 반사기를 갖는 대형 시야 디스플레이를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

스캐닝 반사기를 갖는 대형 시야 디스플레이를 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

이미지 디스플레이 시스템은 제1 광 빔 및 제2 광 빔을 방출하도록 구성된 광학 서브시스템을 포함하며, 제1 광 빔은 합성 시야의 제1 부분을 조명하고, 제2 광 빔은 합성 시야의 제2 부분을 조명한다. 스캐닝 미러는 제1 광 빔 및 제2 광 빔을 인터셉트하고 반사시키도록 포지셔닝된다. 시스템은 또한 제1 광 빔 및 제2 광 빔을 도파관 내로 수신하기 위한 적어도 하나의 입력 커플링 광학 엘리먼트를 갖는 도파관을 갖는다. 도파관은 또한, 합성 시야를 조명하기 위해 도파관으로부터의 제1 광 빔 및 제2 광 빔으로부터 유도된 복수의 출력 광 빔들을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트를 갖는다.

Description

스캐닝 반사기를 갖는 대형 시야 디스플레이를 위한 방법 및 시스템
[0001] 본 출원은, 2016년 10월 28일에 출원된 미국 가특허 출원 번호제62/414,484호, 2017년 7월 14일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/532,968호, 및 2017년 8월 14일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/545,243호를 우선권으로 주장하며, 이로써 이들 출원들 모두의 내용들은 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 포함된다.
[0002] 현대 컴퓨팅 및 디스플레이 기술들은 소위 "가상 현실" 또는 "증강 현실" 경험들을 위한 시스템들의 개발을 용이하게 했으며, 여기서 디지털방식으로 생성된 이미지들 또는 이미지들의 부분들은, 그들이 실제인 것으로 보이거나, 실제로서 지각될 수 있는 방식으로 웨어러블 디바이스에서 사용자에게 제시된다. 가상 현실, 또는 "VR" 시나리오는 통상적으로 다른 실제 실세계 시각적 입력에 대한 투명성(transparency) 없는 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션(presentation)을 수반하고; 증강 현실, 또는 "AR" 시나리오는 통상적으로 사용자 주위 실제 세계의 시각화에 대한 증강으로서 디지털 또는 가상 이미지 정보의 프리젠테이션을 수반한다.
[0003] 웨어러블 디바이스는 증강 및/또는 가상 현실 안경을 포함할 수 있다. 이미지는 이미지 프레임들 또는 래스터 스캔 이미지들을 사용하여 디스플레이될 수 있다. 스캐닝 이미지 디스플레이 시스템에서, 광 빔들 각각은 이미지의 픽셀들을 정의한다. 2개의 직교 축들에서 미러들을 스캔함으로써, 2차원 시야(field of view; FOV)가 생성될 수 있다. 이미지들은 도파관-기반 접안렌즈들 및 다른 광학 엘리먼트들, 이를테면, 광섬유들을 포함할 수 있는 안경 렌즈(spectacle lens) 상에 프로젝팅될 수 있다. 이미지 디스플레이 시스템들은 안경 프레임들의 좌측 및 우측 각각 상에 장착될 수 있다.
[0004] 가상 현실 또는 증강 현실 애플리케이션들을 위한 웨어러블 디바이스에서의 통상적인 스캐닝 이미지 디스플레이들은 종종 제한된 시야를 갖는데, 그 이유는, 스캐닝 미러가 광학 엘리먼트들의 어레인지먼트에서 제한된 스캔 모션 범위 및 설계 제약들을 갖기 때문이다. 그러나, 이러한 어레인지먼트는 더 큰 디바이스 크기로 이어질 수 있으며, 이는 바람직하지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예들은 소형 디바이스 폼 팩터를 유지하면서 넓은 시야를 갖는 스캐닝 이미지 디스플레이 시스템을 제공한다. 일부 실시예들에서, 더 넒은 시야는 동시에 다수의 인입 광 빔들을 스캔하고 개별 시야들을 더 큰 합성 시야로 결합함으로써 달성될 수 있다.
[0005] 본 발명의 실시예는 일반적으로 이미지 디스플레이 시스템들에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 이미지 디스플레이 시스템은 둘 이상의 인입 광 빔들을 수신하고 복수의 반사된 광 빔들을 제공하기 위한 스캐닝 미러를 포함한다. 복수의 반사된 광 빔들 각각은 각각의 시야의 이미지를 제공하도록 구성된다. 이미지 디스플레이 시스템은 또한 입력 커플링 광학 엘리먼트 및 출력 커플링 광학 엘리먼트를 갖는 도파관을 포함한다. 입력 커플링 광학 엘리먼트는 복수의 반사된 광 빔들을 도파관 내로에 커플링하도록 구성된다. 출력 커플링 광학 엘리먼트는 합성 시야의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들을 프로젝팅하도록 구성된다.
[0006] 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 이미지 디스플레이 시스템은 제1 광 빔 및 제2 광 빔을 방출하도록 구성된 광학 서브시스템을 포함하며, 제1 광 빔은 합성 시야의 제1 부분을 조명하고, 제2 광 빔은 합성 시야의 제2 부분을 조명한다. 스캐닝 미러는 제1 광 빔 및 제2 광 빔을 인터셉트(intercept)하고 반사시키도록 포지셔닝된다. 시스템은 또한 제1 광 빔 및 제2 광 빔을 도파관 내로 수신하기 위한 적어도 하나의 입력 커플링 광학 엘리먼트를 갖는 도파관을 갖는다. 도파관은 또한, 합성 시야를 조명하기 위해 도파관으로부터, 제1 광 빔 및 제2 광 빔으로부터 유도된 복수의 출력 광 빔들을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트를 갖는다.
[0007] 일부 실시예들에서, 이미지 디스플레이 시스템은 또한 스캐닝 미러로부터 도파관의 대향하는 측 상에 배치된 둘 이상의 RGB(Red-Blue-Green) 결합기들을 포함한다. 둘 이상의 RGB 결합기들은 상이한 입사각들을 갖는 둘 이상의 인입 광 빔들을 제공하도록 구성된다. 입력 커플링 광학 엘리먼트는 인입 광 빔들이 도파관을 통과하여 스캐닝 미러에 도달할 수 있도록 구성된다. 입력 커플링 광학 엘리먼트는 또한 반사된 광 빔들을 도파관 내로 커플링하도록 구성된다.
[0008] 이미지 디스플레이 시스템의 일부 실시예들에서, 둘 이상의 RGB 결합기들은 상이한 입사각들을 갖는 둘 이상의 인입 광 빔들을 제공하기 위해 스캐닝 미러에 대해 상이한 각도들로 배치된다.
[0009] 대안적인 실시예들에서, 둘 이상의 RGB 결합기들은 스캐닝 미러에 대해 동일한 각도로 배치되고, 이미지 디스플레이 시스템은 상이한 입사각들을 갖는 둘 이상의 광 빔들을 제공하도록 반사 광학 엘리먼트들을 더 포함한다.
[0010] 일부 실시예들에서, 입력 커플링 광학 엘리먼트는 편광 감응성 회절 ICG(input coupling grating)이다.
[0011] 일부 실시예들에서, 이미지 디스플레이 시스템은 또한, 인입 빔을, 인커플링 엘리먼트가 투과시키는 편광으로 변환하기 위해 스캐닝 미러와 도파관 사이에 배치된 편광 제어 엘리먼트를 포함한다.
[0012] 일부 실시예들에서, 이미지 디스플레이 시스템은 또한, 도파관과 둘 이상의 RGB 결합기들 사이에 배치된 편광 제어 엘리먼트를 포함한다. 편광 엘리먼트는 인입 광 빔들을 제1 편광 상태로 변환하도록 구성되며, 스캐닝 미러는 제1 원형 편광 상태를 제2 원형 편광 상태로 변환하도록 구성된다. 편광 감응성 입력 커플링 광학 엘리먼트는 제1 원형 편광 상태의 광이 통과할 수 있도록 구성되고 제2 원형 편광 상태의 광을 도파관에 커플링하도록 구성된다.
[0013] 일부 실시예들에서, 이미지 디스플레이 시스템은 또한 스캐닝 미러에 대해 도파관과 동일한 측 상에 배치된 둘 이상의 RGB 결합기들을 포함한다. 둘 이상의 RGB 결합기들은 상이한 입사각들을 갖는 둘 이상의 인입 광 빔들을 제공한다. 이미지 디스플레이 시스템은 또한 스캐닝 미러에 인접하게 배치되고, 편광 감응성 빔 스플리터는 1/4 파장판과 도파관 사이에 배치된 1/4 파장판을 포함한다. 편광 감응성 빔 스플리터는 RGB 결합기들로부터의 둘 이상의 인입 광 빔들을, 1/4 파장판을 통해 스캐닝 미러를 향해 지향시키도록 구성되고, 스캐닝 미러로부터 반사된 광 빔들은 1/4 파장판 및 편광 감응성 빔 스플리터를 통해 전파되고 입력 커플링 광학 엘리먼트에 의해 도파관에 커플링되도록 구성된다.
[0014] 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 이미지 디스플레이 시스템은 파장 및/또는 편광에 의해 구별되는 다수의 컴포넌트들을 포함하는 시준된 인입 광 빔을 출력하는 이미지와이즈(imagewise) 변조된 광원을 포함한다. 이미지 디스플레이 시스템은 또한, 시준된 인입 광 빔을 수신하고 회절에 의해, 빔 컴포넌트들을 각도로(angularly) 분리하기 위한 회절 표면들을 갖는 스캐닝 미러를 포함한다. 복수의 반사된 그리고 회절된 광 빔 컴포넌트들 각각은 각각의 시야의 이미지를 제공하도록 구성된다. 이미지 디스플레이 시스템은 또한, 복수의 반사된 광 빔들을 도파관 내로 커플링하기 위한 입력 커플링 광학 엘리먼트 및 합성 시야를 갖는 프로젝팅된 이미지를 형성하기 위해 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트를 갖는 도파관을 포함한다.
[0015] 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 이미지를 디스플레이하기 위한 방법은 둘 이상의 각도들로 스캐닝 미러 상에 둘 이상의 입력 광 빔들을 충돌시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 복수의 반사된 광 빔들을 제공하기 위해 둘 이상의 입력 광 빔들을 스캐닝하는 단계를 포함한다. 복수의 반사된 광 빔들 각각은 각각의 FOV(field of view)의 이미지를 제공하도록 구성된다. 복수의 반사된 광 빔들은 도파관에서 수신되고, 도파관은 합성 FOV(field of view)의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들을 프로젝팅한다. 방법의 일부 실시예들에서, 합성 시야는 둘 이상의 입력 광 빔들 각각에 의해 제공되는 FOV보다 크다. 합성 FOV의 이미지는 입력 광 빔들 각각으로부터의 이미지들을 포함하는 타일링된(tiled) 이미지일 수 있다.
[0016] 부가적인 특징들, 이점들 및 실시예들은 아래의 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 설명된다.
[0017] 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0018] 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도들이다.
[0019] 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0020] 도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 합성 FOV(field of view)를 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0021] 도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 다른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0022] 도 6a는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 다른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0023] 도 6b는 도 6a의 이미지 디스플레이 시스템(600)의 부분을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0024] 도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 다른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0025] 도 8은 전체 시야의 사분면들을 개별적으로 조명하기 위해 독립적으로 변조된 빔 컴포넌트들을 각도로 분리하는 다수의 편광 층들 및 스펙트럼 선택적 액정 재료들을 갖는 스캐닝 미러를 사용하는 디스플레이 시스템의 개략도이다.
[0026] 도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0027] 도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 다른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0028] 도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 다른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다.
[0029] 도 12는 이미지를 디스플레이하기 위한 방법을 예시하는 간략화된 흐름도이다.
[0030] 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광 엔진의 개략도이다.
[0031] 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 엔진의 개략도이다.
[0032] 도 15는 도 14에 도시된 광 엔진의 정면도이다.
[0033] 도 16은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 4 채널 광 엔진의 평면도이다.
[0034] 도 17은 도 16에 도시된 광 엔진의 부분의 단면도이다.
[0035] 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 도파관 디스플레이 시스템의 단편도이다.
[0036] 도 19는 도 19에 도시된 도파관 디스플레이 시스템의 청색 AR 코팅, 청색 ICG 및 청색 도파관의 단면 입면도이다.
[0037] 도 20은 본 발명의 실시예에 따라 도 19에 도시된 인커플링 격자들 중 하나에 사용된 제1 정렬 층의 개략적인 평면도 표현이다.
[0038] 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 광자 칩 기반의 2개의 RGB 컬러 채널 결합기 및 연관된 렌즈들의 평면도이다.
[0039] 도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광자 칩 기반의 2개의 RGB 컬러 채널 결합기 및 연관된 렌즈들의 평면도이다.
[0040] 도 23은 본 발명의 실시예에 따라 2개의 도 21 및/또는 도 22에 도시된 결합기들을 포함하는 4 RGB 채널 광 엔진의 정면도이다.
[0041] 도 24는 본 발명의 실시예에 따른 4 RGB 채널 광 엔진의 평면도이다.
[0042] 도 25는 본 발명의 도 24에 도시된 4 RGB 채널 광 엔진의 부분의 단편적인 단면 입면도이다.
[0043] 도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 4 RGB 채널 광 엔진의 평면도이다.
[0044] 도 27은 본 발명의 실시예에 따라 증강 현실 안경에 사용될 수 있는 도파관 디스플레이 시스템의 개략도이다.
[0045] 도 28은 본 발명의 실시예에 따라 도 27에 도시된 시스템에서 사용되는 스캔 미러 및 인커플링 격자의 표현과 함께 3 공간 데카르트 좌표계를 포함한다.
[0046] 도 29는 본 발명의 실시예에 따라 도 27에 도시된 시스템의 스캔 미러 상에서 사용될 수 있는 6 층 편광 응답성 액정 격자의 개략도이다.
[0047] 도 30은, 본 발명의 실시예에 따라 도 29에 도시된 다층 선택성 액정 격자를 사용하여 도 27에 도시된 시스템에 의해 생성되는, 각각 상이한 편광 상태에 기인한 2개의 구역들에서의 스캔 각도들을 포함하는 그래프이다.
[0048] 도 31은 본 발명의 실시예에 따라 증강 현실 안경에 사용될 수 있는 도파관 디스플레이 시스템의 개략도이다.
[0049] 본 발명의 실시예들은 종래의 디스플레이 시스템들보다 큰 FOV(field of view)를 제공할 수 있는 웨어러블 디바이스에 대한 이미지 디스플레이 시스템들 및 방법들 관한 것이다.
[0050] 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 이 예에서, 이미지 디스플레이 시스템(100)은 이미지를 프로젝팅하는 스캐닝 미러를 포함하는 스캐닝 디스플레이 시스템이다. 이미지 디스플레이 시스템(100)은 웨어러블 디바이스의 접안렌즈의 부분, 예컨대, 도파관 기반 접안렌즈일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템(100)은 광원(110) 및 래스터 스캔 이미지를 형성하도록 구성된 스캐닝 미러(130)를 포함한다. 광원(110)은 이미지 데이터에 기초하여 이미지와이즈(imagewise) 변조된 광을 방출하여 이미지와이즈 변조된 광을 형성할 수 있다. 광원(110)은 이미지를 프로젝팅하기 위해 표면(150)에 걸쳐 반사된 광(140)을 스캔하도록 구성되는 스캐닝 미러(130)를 향하여 광 빔들, 예컨대, 빔(120)을 방출하도록 구성된다. 예컨대, 반사된 광 빔(140)은 이미지를 형성하거나 또는 이미지를 표면(150) 상에 프로젝팅하기 위해 2차원들로, 예컨대, X 및 Y 방향들로 표면(150)에 걸쳐 스캔된다. 표면(150)은 이미지 또는 가상 프로젝션 표면을 디스플레이하기 위한 표면일 수 있다. 간략화를 위해, 다른 컴포넌트들, 예컨대, 제어 시스템 및 렌즈 시스템들 등이 도 1에 도시되지 않는다.
[0051] 일부 실시예들에서, 광 빔들은 잇따른 시간 기간들 각각 동안 광 빔의 각각의 컬러 컴포넌트의 강도를, 잇따른 픽셀 내의 특정 픽셀의 픽셀 컬러 컴포넌트 값에 기초한 값으로 조정함으로써 이미지와이즈 변조된다. 잇따른 픽셀들 각각은 대응하는 각도 좌표(angular coordinate)(LCD 디스플레이 패널의 픽셀들의 데카르트 좌표들과 유사함)를 갖는다. 동시에, 이미지와이즈 광 변조된 빔이 특정 픽셀 컬러 컴포넌트 값들에 기초하여 변조되는 동안, 빔은 픽셀의 각도 좌표들로 편향된다. 광은 접안렌즈에서 나오고 각도 좌표들에 기초한 각도로 사용자의 눈을 향해 전파될 것이다.
[0052] 본 발명의 일부 실시예들에서, 광원(110)은 상이한 입사각들의 둘 이상의 광 빔들, 예컨대, 빔들(120 및 121)을 제공하도록 구성된다. 제2 입사 광 빔(121) 및 반사된 광 빔(141)은 파선들로 도시된다. 이 경우에, 이미지 디스플레이 시스템(100)은, 광 빔(120)의 경우 제1 FOV(field of view)(161)의 제1 이미지 및 광 빔(121)의 경우 제2 FOV(field of view)(162)의 제2 이미지를 제공하도록 구성된다. 따라서, 이미지 디스플레이 시스템(100)은 다수의 입력 광 빔들과 연관된 이미지들을 포함하는 합성 시야를 제공할 수 있다.
[0053] 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도들이다. 도 2a 및 도 2b는 스캐닝 미러(230) 및 도파관(250)을 포함하는 이미지 디스플레이 시스템(200)을 예시한다. 스캐닝 미러(230)는 둘 이상의 인입 광 빔들을 수신하고 복수의 반사된 광 빔들을 제공하도록 구성되며, 복수의 반사된 광 빔들 각각은 각각의 FOV(field of view)의 이미지를 제공하도록 구성된다.
[0054] 도 2a에서, 제1 반사된 광 빔(241)은 반사된 광 빔(241)을 도파관(250) 내로 커플링하기 위해 입력 커플링 광학 엘리먼트(252)에 걸쳐 스캐닝되는 것으로 도시된다. TIR(total internal reflection)를 겪은 후에, 광 빔(241)은 제1 시야(FOV-1)(261)의 제1 이미지를 형성하도록 도파관으로부터의 광 빔을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트(254)에 도달한다.
[0055] 입력 커플링 광학 엘리먼트(252) 및 출력 커플링 광학 엘리먼트(254)는 회절 격자들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 주입된 광은, 입력 커플링 DOE(diffractive optical element) 또는 ICG(input coupling grating), 이를테면, 특정 파장 또는 편광의 광을 회절시키면서, 다른 파장들 또는 편광들의 광이 입력 커플링 DOE를 통해 투과될 수 있게 하도록 구성된 치수들 및 릴리프 패턴들을 갖는 나노격자(nanograting) 구조를 통해 도파관에 진입한다. 유사하게, 출력 커플링 광학 엘리먼트는 OCG(output coupling grating)를 포함할 수 있다.
[0056] 도 2b에서, 제2 반사된 광 빔(242)은 반사된 광 빔(242)을 도파관(250) 내로 커플링하기 위해 입력 커플링 광학 엘리먼트(252)에 걸쳐 스캐닝되는 것으로 도시된다. TIR(total internal reflection)를 겪은 후에, 광 빔(242)은 제2 시야(FOV-2)(262)의 제2 이미지를 형성하도록 도파관으로부터의 광 빔을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트(254)에 도달한다.
[0057] 도 2c에서, 제1 반사된 광 빔(241) 및 제2 반사된 광 빔(242) 둘 모두는 반사된 광 빔들(241 및 242)을 도파관(250) 내로 커플링하기 위해 입력 커플링 광학 엘리먼트(252)에 걸쳐 스캐닝되는 것으로 도시된다. TIR(total internal reflection)를 겪은 후에, 광 빔들(241 및 242)은 합성 시야(266)의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 도파관으로부터의 광 빔을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트(254)에 도달한다. 일부 실시예들에서, 이미지 디스플레이 시스템은 또한 이미지를 사용자의 눈(290)으로 지향시키는 광학 엘리먼트들(280), 이를테면 눈 렌즈를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 합성 시야의 프로젝팅된 이미지는 시야를 확장시키도록, 다수의 광 빔에 의해 프로젝팅된 이미지들을 포함하는 타일링된 이미지(tiled image)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 개별 빔들로부터 각각의 서브-FOV 사이의 중첩은 타일링된 이미지에서 트랜지션을 더 부드럽게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로젝팅된 이미지는 더 높은 밀도의 이미지 픽셀들을 제공하고 해상도를 개선할 수 있는, 상이한 광 빔들로부터의 홀수 및 짝수의 교번하는 구역들을 포함하는 인터리빙된 이미지를 포함할 수 있다.
[0058] 이미지 디스플레이 시스템은 또한 합성 시야의 프로젝팅된 이미지의 형성을 제어하기 위한 스캐닝 제어기를 포함할 수 있다. 이미지 디스플레이 시스템은 다수의 광원들로부터 이미지들을 형성하기 위해 2-D X-Y 스캐너들, 이를테면, RGB 결합기(Red-Green-Blue combiner)들을 포함할 수 있다. 각각의 RGB 결합기는 이미지를 형성하기 위해 중첩된 적색, 청색 및 녹색 시준된 레이저 광 빔들을 제공한다. 제어기는 피드백 루프들 및 동기화 모듈들 등과 같은 타이밍 및 매칭 메커니즘들을 포함할 수 있다.
[0059] 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 이미지 디스플레이 시스템은 사용자가 가상 이미지를 보게 하기 위한 웨어러블 이미징 시스템의 부분일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템(300)은 이 예에서 4개의 RGB((red green blue) 레이저 결합기들(310)을 포함하는 이미지와이즈 변조된 광원(310)을 포함한다. 레이저 결합기들(310)에 의해 방출된 이미지와이즈 변조된 광 빔들(320)은 서로 고정된 각도로 분리된다. 이미지 디스플레이 시스템(300)은 또한 스캐닝 미러(330) 및 도파관(350)을 포함한다. 도 3의 관점에서 4개의 광 빔들 중 2개만이 가시적인데, 그 이유는 잔여 2개의 빔들은 도 3에서 가시적인 광 빔들 바로 뒤에 있을 것이기 때문이란 점에 주의한다. 스캐닝 미러(330)는 광을 사용자의 눈에 커플링하는 도파관(350) 내로 이미지를 프로젝팅하기 위한 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 반사기/스캐너일 수 있다. 디스플레이 시스템(300)은 또한 레이저 결합기들(310)에 의해 출력된 선형으로 편광된 광을 원형으로 편광된 광으로 변환하는 파장판(370), 이를테면, 1/4 파장판(quarter wave plate; QWP)을 포함한다.
[0060] 도 3에 도시된 바와 같이, 광원(310) 예컨대, RGB 결합기들(310)은 상이한 입사각들을 갖는 다수의 인입 광 빔들(320)을 제공하도록 구성된다. 이 실시예에서, 스캐닝 미러(330) 및 편광 엘리먼트(370)는 광원(310)으로부터 도파관(350)의 대향하는 측 상에 배치된다. 이 구성은 대안적인 어레인지먼트들에 비해 다수의 이점들을 갖는다. 예컨대, 도파관의 대향하는 측들 상에 미러 및 광원을 배치하는 것은 콤팩트한 구성을 가능하게 하고 이미지 디스플레이 디바이스의 더 작은 폼 팩터를 달성한다. 이러한 구성은 스캐닝 미러가 입력 커플링 엘리먼트에 근접되게 할 수 있게 하며, 이는 결국, 작은 광 원뿔(light cone)들 및 시스템의 작은 폼 팩터를 허용한다. 작은 폼 팩터는 웨어러블 접안렌즈 이미징 디바이스에 대해 그것을 적합하게 한다.
[0061] 인커플링 격자(incoupling grating; ICG)(352)(입력 커플링 엘리먼트의 형태)는 도파관(350)의 하위 표면(353) 상에 배치된다. ICG(352)는, 그것이 RGB 결합기들(310)에 의해 방출되는 선형 편광을 갖는 광이 통과할 수 있게 하고 RGB 결합기들(310)에 의해 방출되는 것에 수직인 선형 편광을 갖는 광을 반사적으로 회절시킨다는 점에서 편광 상태에 대해 선택적일 수 있다. 따라서, RGB 결합기들(310)로부터의 인입 광 빔들(320)은 스캐닝 미러(330)에 도달하기 전에 ICG(352), 도파관(350) 및 파장판(370)을 통과한다. 광의 투과 시에, 파장판(370)은 RGB 결합기들(310)에 의해 방출된 선형으로 편광된 상태로부터의 광의 편광 상태를, 제1 핸디드니스(handedness)(예컨대, RH 또는 LH)의 원형으로 편광된 광으로 변환한다. 스캐닝 미러(330)에 의한 반사 시에, 원형으로 편광된 핸디드니스는 제2 핸디드니스(예컨대, LH 또는 RH)로 변경된다. 제2 핸디드니스를 갖는 광이 이제 두 번째로 파장판(370)을 통과할 때, 편광 상태는 RGB 결합기들(310)에 의해 방출된 선형 편광 상태에 수직인 선형 편광 상태로 변경된다. ICG(352)의 상호작용은 그 위에 입사되는 광의 선형 편광의 배향에 의존하고, 위에서 설명된 바와 같이 파장판(370)을 통해 스캐닝 미러(330)로부터 다시 반사되고 그의 편광이 회전된 광을 반사적으로 회절시키도록 구성된다. ICG(352)에 의해 반사적으로 회절된 광은 도파관(350)의 TIR(Total Internal Reflection)에 대한 임계각을 초과하는 각도들로 회절될 것이고 따라서 도파관(350)의 안내 모드(guided mode)들로 커플링될 것이다. 도파관(350)은 또한 합성 FOV(field of view)(366)의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들(346)을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트(354)를 갖는다.
[0062] 도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 합성 FOV(field of view)를 예시하는 간략화된 개략도(400)이다. 이 예에서, 4개의 사분면들에서 4개 RGB 빔들에 의해 풀(full) 이미지를 동시에 스캔된다. 일부 실시예들에서, 각각의 사분면은 VGA(Video Graphics Array) 이미지이지만, 전체 스티칭된 이미지(total stitched image)는 2배의 시야를 갖는 풀 HD(High Definition)이다. 도 3을 참조하면, MEMS 반사기/스캐너(330)는 20×20도 광학 스캔 범위를 갖는다. 다수의 RGB(Red-Green-Blue) 레이저 입력 빔들(320)은 10도 각도 세타(θ)만큼 분리된다. 광 빔들(320)은 스캐닝 미러(330)에 도달하기 전에 입력 커플링 격자(352) 및 1/4 파장판(370)을 통과한다. 스캐닝 미러(330)는 상이한 시야를 커버하기 위해 (상이한 입사각들로 인해) 상이한 각도들로 광 빔들을 반사한다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 2개 또는 4개의 광 빔들을 갖는 이미지 디스플레이 시스템(300)은 2X 시야(40 × 40도) 및 해상도를 갖는 결과적인 스캔 이미지를 제공할 수 있으며, 이는 고화질(high definition) 40 × 40도 사양들과 호환 가능하다. 또한, 최종 이미지는 고화질 디스플레이를 위해 50 도의 대각선을 가질 수 있다.
[0063] 도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 다른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 이미지 디스플레이 시스템(500)은 위에서 설명된 도 3의 이미지 디스플레이 시스템(300)과 유사하며, 동일한 참조 번호들은 도 3 및 도 5 둘 모두에서 대응하는 컴포넌트들을 나타내기 위해 사용된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템(500)은 다수의 RGB(red green blue) 레이저 결합기들을 갖는 광원(510)을 포함한다. 서로 고정된 각도로 분리된 빔들(320)을 출력하는 도 3의 레이저 결합기들(310)과는 달리, 도 5의 2개의 레이저 결합기들(510)은 평행한 광 빔들(511, 512)을 출력한다. 미러들(516, 517, 518)은 스캐닝 미러(330)에 대해 상이한 입사각들을 갖는 인입 광 빔들(320)을 제공하기 위해 광 빔들을 재지향시키는 데 사용된다.
[0064] 광원 이외에, 이미지 디스플레이 시스템(500)의 컴포넌트들 및 기능들은 이미지 디스플레이 시스템(300)의 컴포넌트들 및 기능들과 유사할 수 있다. 따라서, 도 3과 관련하여 제공된 설명은 도 5에 적절하게 적용 가능하다. 이미지 디스플레이 시스템(500)은 또한 스캐닝 미러(330) 및 도파관(350)을 포함한다. 스캐닝 미러(330)는 이미지를 사용자의 눈에 지향시키기 위해 도파관(350)에서 이미지를 프로젝팅하기 위한 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 반사기/스캐너일 수 있다. 디스플레이 시스템(500)은 또한 QWP(quarter wave plate)와 같은 편광 제어 엘리먼트(370)를 포함한다.
[0065] 도 5에 도시된 바와 같이, RGB 결합기들(510)은 스캐닝 미러(330)로부터 도파관(350)의 대향하는 측 상에 배치된다. 도파관의 대향하는 측들 상에 미러 및 광원을 배치하는 것은 콤팩트한 구성을 가능하게 하고 이미지 디스플레이 디바이스의 더 작은 폼 팩터를 허용한다. 상이한 입사각들을 갖는 인입 광 빔들(320)은 편광 감응성 입력 커플링 광학 엘리먼트(352)로 지향된다. 또한, 입력 커플링 광학 엘리먼트(352)는 스캐닝 미러(330)에 의해 반사된 광 빔들을 도파관 내로 반사적으로 회절시키도록 구성된다.
[0066] 광은 제1 선형 편광 상태에서 RGB 결합기들(510)로부터 방출된다. 입력 커플링 광학 엘리먼트(352)는 광을 편향(즉, 회절에 의해)시키지 않고 실질적으로 제1 선형 편광 상태에서 광을 투과시키도록 구성된다. 입력 커플링 광학 엘리먼트(352)를 통과한 후에, 광은 도파관(350)을 횡단하고, 후속적으로 편광 제어 엘리먼트(370)를 횡단한다. 편광 제어 엘리먼트(370)의 통과 시에, 광의 편광은 제1 선형 편광 상태로부터 제1 원형 편광 상태(예컨대, LH 또는 RH)로 변환된다. 후속적으로, 광은 스캐닝 미러(330)에 의해 반사된다. 반사는 광을 제2 원형 편광 상태(예컨대, RH 또는 LH)로 변경한다. 후속적으로, 광은 편광 제어 엘리먼트(370)를 통과하고 RGB 결합기들(510)에 의해 방출된 광의 편광에 수직인 방향으로 편광되는, 선형으로 편광된 광으로 변환된다. 입력 커플링 광학 엘리먼트(352)는 편광 제어 엘리먼트를 두 번 통과한 후에 달성된 광의 편광만을 선택적으로 반사적으로 회절하도록 구성된다. 광은 입력 커플링 광학 엘리먼트(352)에 의해, 도파관(350) 내에서 TIR(Total Internal Reflection)를 위해 임계각보다 높은 각도로 회절된다. 도파관(350) 내부에서, 광 빔들(340)의 광 경로(345)가 TIR로 인해 획득된다. 도파관(350)은 또한 합성 FOV(field of view)(366)의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들(346)을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트(354)를 갖는다. 합성 시야는 다수의 RGB 결합기들 각각에 의해 생성된 부분들을 포함한다.
[0067] 도 6a는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 다른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 이미지 디스플레이 시스템(600)은 위에서 설명된 도 3의 이미지 디스플레이 시스템(300)과 유사하며, 동일한 참조 번호들은 도 3 및 도 6 둘 모두에서 대응하는 컴포넌트들을 나타내기 위해 사용된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템(600)은 상이한 입사각들을 갖는 인입 광 빔(320)을 제공하는 다수의 RGB(red green blue) 레이저 결합기들을 갖는 광원(310)을 포함한다. 1/4 파장판(370)이 스캐닝 미러(330)와 도파관(350) 사이에 배치되는 도 3의 시스템(300)과 달리, 도 6a에 도시된 이미지 디스플레이 시스템(600)은 RGB 결합기들(310)과 도파관(350) 사이에 배치된 1/4 파장판(670)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 1/4 파장판(670)으로부터 나오는 인입 광 빔들(320)은 제1 핸디드니스 원형 편광(예컨대, RH 또는 LH)을 가질 수 있고, 스캐닝 미러(330)로부터 반사되는 반사된 광 빔들(340)은 제2 핸디드니스 원형 편광(예컨대, LH 또는 RH)을 가질 수 있다. 이 실시예에서, 입력 커플링 광학 엘리먼트(352)는 편광 감응성이다. 예컨대, 입력 커플링 광학 엘리먼트(352)(예컨대, ICG)는 제1 핸디드니스 원형 편광을 갖는 인입 광 빔(320)이 통과할 수 있게 하고, 제2 핸디드니스 원형 편광을 갖는 반사된 광 빔들(340)을 도파관(350) 내로 커플링하도록 구성될 수 있다. 입력 광학 엘리먼트(352)는 도파관(350)에 대한 내부 전반사를 위해 임계각보다 높은 각도로 제2 핸디드니스 원형 편광을 갖는 광을 반사적으로 회절시킬 수 있다. 반사된 광 빔들(340)은 타일링된 이미지들을 프로젝팅하도록 구성된다. 도파관(350) 내부에서, 광 빔들(340)은 TIR(total internal reflection)을 겪는다. 도파관(350)은 또한 합성 FOV(field of view)(366)의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들(346)을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트(354)를 갖는다.
[0068] 제1 반사방지 층(602)은 입력 광학 커플링 엘리먼트의 외부 표면(606)에 형성된다. 제2 반사방지 층(604)은 스캐닝 미러(330)를 향하는, 입력 커플링 엘리먼트에 대향하는 도파관(350)의 표면(608) 상에 형성된다. 반사방지 층들(602, 604)은 굴절률을 유효하게 점진적으로 트랜지션시키고 그리하여 반사들을 감소시키거나 실질적으로 제거하는 서브-파장 크기의 테이퍼링 구조들을 포함하는 단일 또는 다중 층 광학 간섭 코팅들 또는 표면 릴리프 구조화 층들일 수 있다. 반사방지 층들(602, 604)은 도파관(350)의 표면(608)에서의 프레넬(Fresnel) 반사들과 연관되는, 시스템(300)의 시야에서 의도하지 않은 명점(bright spot)들을 방지하는 역할을 한다.
[0069] 도 6b는 도 6a의 이미지 디스플레이 시스템(600)의 부분을 예시하는 간략화된 개략도이다. 일부 실시예들에서, 인입 광 빔들(320)은 상이한 입사각들을 갖는 제1 인입 광 빔 및 제2 인입 광 빔을 포함할 수 있다. 그 결과, 반사된 광 빔들(340)은 제1 인입 광 빔으로부터의 제1 반사된 광 빔(341) 및 제2 인입 광 빔으로부터의 제2 반사된 광 빔(342)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 입력 커플링 엘리먼트(352)는 2개의 반사된 광 빔들에 대한 2개의 별개의 ICG들, 예컨대, ICG1 및 ICG2를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 2개의 반사된 광 빔들은 단일 입력 커플링 광학 엘리먼트의 상이한 부분들에 의해 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 반사된 광 빔(341) 및 제2 반사된 광 빔(342)은 또한 상이한 편광들을 가질 수 있다. 이 경우에, ICG1 및 ICG2는 상이한 편광 응답들을 가질 수 있다.
[0070] 도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 다른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템(700)은, 이 예에서 다수의 RGB(red green blue) 레이저 결합기들, 예컨대, 4개의 결합기들을 가질 수 있는 광원(710)을 포함한다. 광원(710)은 상이한 입사각들을 갖는 인입 광 빔들(720)을 제공한다. 광 빔들(720) 각각은 완전한 시야의 부분으로부터의 이미지 데이터에 기초하여 이미지와이즈 변조된다. 다수의 광 빔들(720)이 함께 사용되어 완전한 시야를 디스플레이한다. 위에서 설명된 이미지 디스플레이 시스템들과 유사하게, 이미지 디스플레이 시스템(700)은 또한 스캐닝 미러(730) 및 도파관(750)을 포함한다. 광원 및 스캐닝 미러가 도파관의 대향하는 측들 상에 배치되는, 도 3, 도 5 및 도 6a의 디스플레이 시스템들과 달리, 이미지 디스플레이 시스템(700)에서, 광원(710) 및 스캐닝 미러(730)는 도파관(750)의 동일한 측 상에 배치된다. 스캐닝 미러(730)가 도파관(750)을 향해 인입 광 빔들(720)을 스캔할 수 있게 하기 위해, 이미지 디스플레이 시스템(700)은, 인입 광 빔들(720)을, 1/4 파장판(770)을 통해 스캐닝 미러(730)를 향해 지향시키는 PBS(polarization sensitive beam splitter)(780)를 포함한다. PBS(polarization sensitive beam splitter)(780)는 또한 입력 커플링 격자(752)에 도달하도록 반사된 광 빔들(740)을 통과시키게 허용한다. PBS(780)는 그의 대각선을 따라 반사 편광기(781)(예컨대, 와이어 그리드)를 포함한다. 제1 광학 경로 세그먼트는 RGB 결합기들(710)로부터 편광기(781)로 그리고 나서, 1/4 파장판(770)을 통과하여 스캐닝 MEMS 미러(730)로 연장된다.
[0071] 제2 광학 경로 세그먼트는 스캐닝 MEMS 미러(730)로부터 편광기(781)를 통과하여 입력 커플링 격자(752)로 연장된다. RGB 결합기(710)는 편광기(781)에 의해 반사되는 편광 배향을 갖는 선형으로 편광된 광을 출력할 수 있다. 1/4 파장판(770)은 편광기(781)에 의해 반사된 선형으로 편광된 광을 소정의 핸디드니스(예컨대, RH 또는 LH)를 갖는 원형으로 편광된 광으로 변환한다. 스캐닝 MEMS 미러(730)에 의한 반사 시에, 원형으로 편광된 광의 핸디드니스가 반전된다(이에 따라, 원래 LH인 경우 RH가 될 것이고 원래 RH인 경우 LH가 될 것임). 후속적으로, 반전된 핸디드니스를 갖는 원형으로 편광된 광은 1/4 파장판(770)을 통과하고 그렇게 하면서, RGB 결합기(710)에 의해 방출된 것에 수직인 선형 편광 상태로 변환되고, 이에 따라 편광기(781)를 통과한다. 이 경우에, 입력 커플링 격자(752)는 편광 비감응성이고 반사된 광 빔들(740)을 도파관(750) 내로 커플링한다. 도파관(750) 내부에서, 광 빔들(740)은 TIR(total internal reflection)를 겪는다. 도파관(750)은 또한 합성 FOV(field of view)(766)의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들(746)을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 격자(754)를 갖는다.
[0072] 이미지 디스플레이 시스템(700)에서, 입력 커플링 광학 엘리먼트 또는 ICG(752)는 편광 감응성이 아니다. 그것은 인입 광 빔들을 도파관 내로 커플링하지만, 인입 광 빔들이 도파관을 통과하게 허용하지 않도록 구성된다. 따라서, 이들 실시예들에서, 광원(710)은 스캐닝 미러와 동일한 도파관 측 상에 배치되고, 빔 스플리터(780)는 인입 광 빔들을 스캐닝 미러로 지향시키는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 인입 광 빔들은 스캐닝 미러에 수직이 되도록 구성된다. 도면들을 간략화하기 위해, 단지 하나의 인입 광 빔(720)만이 도 7에 도시된다. 다수의 인입 광 빔들을 사용하여, 도 4와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 확장된 시야가 획득될 수 있다. 실시예에 의존하여, 다수의 ICG들 또는 단일 ICG가 사용될 수 있다.
[0073] 도 8은 전체 시야의 사분면들을 개별적으로 조명하기 위해 독립적으로 변조된 빔 컴포넌트들을 각도로 분리하는 다수의 편광 층들 및 스펙트럼 선택적 액정 재료들을 갖는 스캐닝 미러를 사용하는 디스플레이 시스템(800)의 개략도이다. 시스템은, 3개의 레이저 다이오드들의 4개의 세트들로 논리적으로 조직화된 12개의 레이저 다이오드들(801-810)(이들 중 10개만이 도 8에서 가시적임)을 포함한다. 제1 세트는 제1 적색 레이저 다이오드(801), 제1 녹색 레이저 다이오드(802) 및 제1 청색 레이저 다이오드(803)를 포함한다. 제2 세트는 제2 적색 레이저 다이오드(804), 제2 녹색 레이저 다이오드(805) 및 제2 청색 레이저 다이오드(8)를 포함한다(도 8에서 가시적이지 않음). 제3 세트는 제3 적색 레이저 다이오드(806), 제3 녹색 레이저 다이오드(807) 및 제3 청색 레이저 다이오드(808)를 포함한다. 제4 세트는 제4 적색 레이저 다이오드(8)(도 8에서 가시적이지 않음), 제4 녹색 레이저 다이오드(809) 및 제4 청색 레이저 다이오드(810)를 포함한다. 제2 청색 레이저 다이오드(도 8에서는 가시적이지 않음)는 제1 청색 레이저 다이오드(803) 아래에 로케이팅되고, 제4 적색 레이저 다이오드(도 8에서는 가시적이지 않음)는 제3 적색 레이저 다이오드(806) 아래에 로케이팅된다. 3개의 레이저 다이오드들의 4개 세트들 각각은 적색 레이저 다이오드, 녹색 레이저 다이오드 및 청색 레이저 다이오드를 포함하여서, 각각의 세트 내에서 3개의 레이저 다이오드들의 상대적 구동 전류를 제어하고 그리하여 상대적 출력을 제어함으로써, 각각의 세트 내의 3개의 레이저들의 결합된 출력의 색도 좌표들이 소정의 컬러 가뮷(color gamut) 내에서 제어될 수 있게 된다.
[0074] 레이저 다이오드들(801, 802, 803)의 제1 세트는 3개의 레이저 다이오드들(801, 802, 803)의 출력을 단일 빔으로 결합하는 제1 이색성 결합기 큐브(811)에 광학적으로 커플링된다. 유사하게, 제2 적색 레이저 다이오드(804), 제2 녹색 레이저 다이오드(805) 및 제2 청색 레이저 다이오드(도 8에서 가시적이지 않음)는, 3개의 레이저 다이오드들(804, 804) 및 제2 청색 레이저 다이오드의 출력을 단일 빔으로 결합하는 제2 이색성 결합기 큐브(812)에 광학적으로 커플링된다. 부가적으로, 제3 적색 레이저 다이오드(806), 제3 녹색 레이저 다이오드(807) 및 제3 청색 레이저 다이오드(808)는, 레이저 다이오드들(806, 807, 808)의 3개의 세트의 출력을 단일 빔으로 결합하는 제3 이색성 결합기 큐브(813)에 광학적으로 커플링된다. 또한, 제4 적색 레이저 다이오드(도 8에서 가시적이지 않음), 제4 녹색 레이저 다이오드(809) 및 제4 청색 레이저 다이오드(810)는 제4 이색성 결합기 큐브(814)에 광학적으로 커플링된다. 위에서 언급된 이색성 결합기 큐브들(811, 812, 813, 814) 각각은 하나의 대각선을 따른 임베딩된 적색 반사(단파장 통과) 필터(815) 및 제2 대각선을 따른 임베딩된 청색 반사(장파장 통과) 필터(816)를 포함하여서, 적색 반사 필터(815) 및 청색 반사 필터는 90 °에서 교차하게 된다.
[0075] 이색성 결합기 큐브들 및 레이저 다이오드들(801 내지 810)의 입력 면들(818)(도면을 꽉 차게 하는 것을 회피하기 위해 그의 제한된 수만이 라벨링됨) 사이에 레이저 시준 렌즈(817)(그의 서브세트만이 도 8에서 가시적임)가 포지셔닝된다. 출력이 제1 이색성 결합기(811)에 의해 결합되는 레이저 다이오드들(801, 802, 803)의 제1 세트는, 출력이 제3 이색성 결합기(813)와 결합되는 레이저 다이오드들(806, 807, 808)의 제3 세트의 편광(P 또는 S)에 수직인 편광(S 또는 P)을 가질 수 있다. 제1 이색성 결합기(811) 및 제3 이색성 결합기(813)는 제1 PBS(polarization beam splitter) (결합기로서 역할을 함)(819)에 광학적으로 커플링되어서, PBS(819)는, 제1 입력면(820)에서 레이저 다이오드들(801, 802, 803)의 제1 세트의 결합된 출력을 수신하고, 제2 입력면(821)에서 레이저 다이오드들(806, 807, 808)의 제3 세트의 결합된 출력을 수신하고, 출력면(822)에서 레이저 다이오드들 (801, 802, 803, 806, 807, 808)의 제1 및 제3 세트들의 결합된 출력을 포함하는 결합된 공선(collinear)의 시준된 빔을 출력하게 된다.
[0076] 유사하게, 제2 이색성 빔 결합기(812) 및 제4 이색성 빔 결합기(814)는 제2 PBS 결합기(823)에 광학적으로 커플링된다. 위에서 설명된 경우와 유사하게, 출력이 제2 이색성 결합기(812)에 의해 결합되는 레이저 다이오드들(804, 805, 및 제2 청색 레이저 다이오드, 도 8에서 가시적이지 않음)의 제2 세트는, 출력이 제3 이색성 결합기(813)와 결합되는 레이저 다이오드들(809, 810, 및 제4 적색 레이저 다이오드, 도 8에서 가시적이지 않음)의 제4 세트의 편광(P 또는 S)에 수직인 편광(S 또는 P)을 가질 수 있다. 제2 PBS(823)는 제2 이색성 빔 결합기(812)로부터 제2 적색 레이저 다이오드(804), 제2 녹색 레이저 다이오드(805) 및 제2 청색 레이저 다이오드(도 8에서 가시적이지 않음)의 결합된 출력을 수신하고, 제4 이색성 빔 결합기로부터 제4 적색 레이저 다이오드(도 8에서 가시적이지 않음), 제4 녹색 레이저 다이오드(809) 및 제4 청색 레이저 다이오드(810)의 결합된 출력을 수신하고, 이에 따라, 레이저 다이오드들(804, 805) 및 제2 청색 레이저 다이오드(도 8에서 가시적이지 않음)의 제2 세트의 출력 및 제4 적색 레이저 다이오드(도 8에서 가시적이지 않음)를 포함하는 레이저 다이오드들(809, 810)의 제4 세트의 출력을 포함하는 6 컴포넌트 빔을 생성한다. 제1 PBS(819)에 광학적으로 커플링된 대응하는 컬러 레이저 다이오드들(예컨대, 제1 적색 레이저 다이오드(801) 및 제3 적색 레이저 다이오드(806))은 명목상(제조 변동을 허용함) 동일한 방출 파장을 적합하게 갖고, 제2 PBS(823)에 광학적으로 커플링된 대응하는 컬러 레이저 다이오드들(예컨대, 제2 녹색 레이저 다이오드(805) 및 제4 녹색 레이저 다이오드(809))은 명목상 동일한 방출 파장을 적합하게 갖지만, 일 실시예에서, 제1 PBS(819) 및 제2 PBS(823)에 커플링된 대응하는 컬러 레이저 다이오드들의 방출 파장에 의도적인 차이들이 존재한다. 예컨대, 제1 녹색 레이저 다이오드(802) 및 제3 녹색 레이저 다이오드(807)는 520 nm의 방출 파장을 가질 수 있는 반면, 제2 녹색 레이저 다이오드(804) 및 제4 녹색 레이저 다이오드는 535nm의 방출 파장을 가질 수 있다.
[0077] 제1 PBS(819)의 6개의 컴포넌트 출력은 빔 폴딩 미러(824)를 통해 3개의 스펙트럼 컴포넌트 반사기(825)에 광학적으로 커플링된다. 빔 폴딩 미러(824) 및 3개의 스펙트럼 컴포넌트 반사기(825)는 이색성 빔 결합기들(811, 812, 813, 814) 및 PBS들(819, 823)과 유사한 방식으로 투명 큐브들에 임베딩된다는 것에 주의한다. 제2 PBS(823)의 6개의 컴포넌트 출력은 또한 3개의 컴포넌트 반사기(825)에 광학적으로 커플링된다. 3개의 스펙트럼 컴포넌트 반사기(825)는 위에서 논의된 레이저 다이오드들(801-810)의 방출 파장의 차이들에서 비롯된, 제1 PBS(819) 및 제2 PBS(823)를 통해 커플링된 광의 파장의 차이로 인해, 제2 PBS(823)의 출력을 반사시키고, 제1 PBS(819)의 출력은 투과시킨다. 반사기(825)에 의해 반사된 3개의 스펙트럼 컴포넌트들 각각은 2개의 상이한 레이저 다이오드로부터 비롯된 2개의 상이한 편광 컴포넌트들을 포함한다는 것에 주의한다. 따라서, 3개의 스펙트럼 컴포넌트 반사기(825)는 각각의 컬러 채널마다 4개의 컴포넌트들을 포함하는 12개의 컴포넌트 빔(845)(즉, 4개의 적색 컴포넌트들, 4개의 녹색 컴포넌트들 및 4개의 청색 컴포넌트들)을 출력한다. 각각의 컬러 채널에 대해, 4개의 컬러 컴포넌트들은 선형 편광 배향 및 파장에 의해 구별되며, 각각의 컬러 채널에 대해 2개의 가능한 편광 배향들 및 2개의 가능한 파장들이 존재한다. 3개의 스펙트럼 반사기(825)의 12개의 컴포넌트 출력은 QWP(quarter wave plate)(826)을 통해 스캐닝 미러(830)에 커플링된다. QWP(826)는 하나의 선형 편광 상태를 RHCP(right-hand circularly polarized) 상태로 변환하고, 제1 선형 편광 상태에 수직인 제2 선형 편광 상태를 LHCP(left-hand circularly polarized) 상태로 변환한다.
[0078] 스캐닝 미러(830)는 빔 대향 표면(833) 상에 다층 회절 격자(832)를 갖는다. 다층 회절 격자(832)는 스캐닝 미러(830)의 각각의 배향에 대해 특정 방향으로 12개의 컴포넌트 빔(845)의 하나의 컴포넌트를 회절시키기 위해, 각각이 미리 결정된 동작 파장에 기초하여 설계된 미리 결정된 격자 기간 및 배향을 갖는 12개의 스펙트럼적으로 그리고 편광 상태 선택적 층들을 포함할 수 있다. 스캐닝 미러(830)는 2D 이미저리를 생성할 수 있도록 2 자유도를 갖는다. 다층 회절 격자(832)는 예컨대, 다수의 콜레스테릭 액정 격자(Cholesteric Liquid Crystal Grating; CLCG) 층들을 포함할 수 있다. CLCG 회절 격자들은 분자 층간 상대적 회전을 설명하는 핸디드니스를 갖는다. CLCG 회절 격자들은 CLCG의 핸디드니스에 매칭하는 원형으로 편광된 광을 반사적으로 회절시키고, 회절 없이 원형으로 편광된 대향하는 핸디드니스를 투과시킨다. 일부 실시예들에서, 12개의 컴포넌트 빔은 625nm의 파장을 갖는 2개의 적색광 컴포넌트들, 650nm의 파장을 갖는 2개의 적색광 컴포넌트들, 520nm의 파장을 갖는 2개의 제1 녹색광 컴포넌트들, 535nm의 파장을 갖는 2개의 제2 녹색 광(G2), 450nm의 파장을 갖는 2개의 청색(B1) 광 컴포넌트들 및 465nm의 파장을 갖는 2개의 청색광 컴포넌트들을 가질 수 있다. 공통 파장을 가진 컴포넌트들은 원형 편광의 핸디드니스에 의해 구별된다. 다층 회절 격자(832)는 12개의 컴포넌트 빔(845)의 컴포넌트들을 반사적으로 회절시킨다.
[0079] 다층 회절 격자(832)에 의한 회절 시에, 빔(845)의 12개의 컴포넌트들은, 각각이 전체 시야의 사분면에 대한 이미지 정보로 변조된, 적색, 녹색 및 청색 컬러 컴포넌트들을 갖는 4개의 사분면 빔들(841, 842, 843, 844)로 구분될 수 있다. 스캐닝 미러가 편향함에 따라, 4개의 사분면 빔들(841, 842, 843, 844)은 비스듬히 스캐닝되고, 빔들 및 이들의 각도 분리의 다양성으로 인해, 더 큰 FOV가 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 전체 시야에 대한 비디오 데이터의 부분들은 다수의 스캔된 빔들을 개별적으로 변조하는 데 사용된다. 또한, 사분면 빔들(841, 842, 843, 844)에 적용된 강도 변조는 4개의 사분면 빔들(841, 842, 843, 844) 각각의 파장들과 연관된 중첩 컬러 가뮷(gamut)들에 대응하는 색도 좌표 영역에 걸쳐 동일한 색도 좌표들을 생성하도록 조정될 수 있다.
[0080] 4개의 사분면 빔들(841, 842, 843, 844)은 도파관/접안렌즈(851)의 ICG(incoupling grating)(850)를 통해 커플링된다. 도파관/접안렌즈(851)는 증강 현실 안경(도 8에 도시되지 않음)의 컴포넌트이다. 도파관/접안렌즈(851)는 또한 OPE(orthogonal pupil expander)(852) 및 EPE(exit pupil expander)(853)를 포함한다. OPE(852)는 EPE(853)에 걸쳐 수직으로(도 8의 배향으로) 광을 분배하는 역할을 하고, EPE(853)는 EPE(853)를 통해 보는 사용자의 눈(도시하지 않음)에 광을 아웃 커플링(out couple)하는 역할을 한다. EPE는 그것을 지나 전파되는 빔들의 부분들을 연속적으로 출력하고, 그리하여 다수의 아웃 커플링된 부분들의 합성인 더 넓은 출력 빔을 형성한다. EPE(853)로부터의 출력되는 빔들은 인커플링 격자(850)를 통한 입력되는 빔들로부터 유도된다. EPE(853)는 OPE(852)에 대해 도면 시트의 평면에 수직으로 변위될 수 있으며 겹치는 관계(overlying relation)가 아니란 것에 주의한다.
[0081] 도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 다른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템(900)은 상이한 파장들 또는 상이한 편광들을 가질 수 있는 다수의 인입 광 빔들을 포함하는, 시준된 인입 광 빔들(920)을 제공하기 위한 광원(도시되지 않음)을 포함한다. 이미지 디스플레이 시스템(900)은 또한, 시준된 인입 광 빔을 수신하고 상이한 회절 각도들을 갖는 복수의 반사적으로 회절된 광 빔들을 제공하기 위한 회절 표면(932)을 갖는 스캐닝 미러(930)를 갖는다. 회절 표면은 도 8을 참조하여 위에서 논의된 다층 회절 격자(832)의 구조를 가질 수 있다. 복수의 반사적으로 회절된 광 빔들 각각은 각각의 FOV(field of view)의 이미지를 제공하도록 구성된다. 도파관(950)은 복수의 반사된 광 빔들을 도파관 내로 커플링하기 위한 입력 커플링 광학 엘리먼트(952) 및 합성 FOV(field of view)(966)를 갖는 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들(946)을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트(954)를 갖는다.
[0082] 도 9의 실시예에서, 스캐닝 미러(930)는 인입 광 빔들(920)을 제공하는 광원과 대향하는 도파관(950) 측 상에 배치된다. 도파관의 입력 커플링 광학 엘리먼트(952)는 시준된 인입 광 빔(920)이 입력 커플링 엘리먼트(952) 및 도파관(950)을 통과할 수 있도록 구성되며, 도파관의 임계각 초과의 각도로 복수의 반사적으로 회절된 빔들을 회절시킴으로써 복수의 반사적으로 회절된 광 빔들(940)을 도파관(950) 내로 커플링하도록 또한 구성된다. 일부 실시예들에서, 입력 커플링 광학 엘리먼트(952)는 편광 감응성 ICG(input coupling grating)이다. 사용될 수 있는 편광 감응성 ICG의 유형은 도 19를 참조하여 아래에서 논의된다. 다수의 인입 광 빔들 각각은 스캔된 이미지들을 형성하기 위해 결합된 RGB 광 빔을 포함한다. 일 실시예에서, 다수의 인입 광 빔들은 각각, 625nm, 520nm 및 450nm의 파장들을 갖는 R1G1B1을 갖는 제1 결합된 RGB 광 빔 및 각각, 650nm, 535nm, 및 465nm의 파장들을 갖는 R2G2B2를 갖는 제2 결합된 RGB 광 빔을 포함한다.
[0083] 도 10은 대안적인 실시예에 따른 도파관 디스플레이 시스템(1000)의 에지 온 뷰(edge on view)이다. 이미지와이즈 변조된 광(1002)의 소스는 적어도 2개의 세트들의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 스펙트럼 컴포넌트들(예컨대, R1, G1, B1, R2, G2, B2)을 포함하는 혼성 빔(1004)을 출력하며, 각각의 스펙트럼 컴포넌트는 비디오 데이터에 기초하여 변조된다. RGB 스펙트럼 컴포넌트들의 세트들은 선형 편광 상태에 의해, 원형 편광 핸디드니스(예컨대, LH 대 RH)에 의해 또는 파장의 약간의 차이에 의해 구별될 수 있다. 혼성 빔(1004)은 접안렌즈 도파관(1006)을 통과하고 2 자유도 스캐닝 미러(1008)에 충돌한다. 회절 격자(1009)는 혼성 빔(1004)이 입사되는 스캐닝 미러(1008)의 표면(1007) 상에 형성되거나 지지된다. 회절 격자(1009)는 적어도 2개의 세트의 RGB 컴포넌트들을 각도로(angularly) 분리하도록 설계되어서, RGB 컴포넌트들의 적어도 2개의 세트들 중 하나는 도파관 디스플레이 시스템(1000)의 시야의 제1 부분을 조명하고 RGB 컴포넌트들의 적어도 2개의 세트들 중 다른 하나는 도파관 디스플레이 시스템(1000)의 시야의 제2 부분을 조명하게 된다. 도시된 바와 같이, 회절 격자(1009)는 혼성 빔(1004)을 제1 RGB 세트 빔(1111) 및 제2 RGB 세트 빔(1115)으로 분리한다. 도시되진 않았지만, 개별적인 RGB 컴포넌트들은 또한 각도로 분리될 수 있고, 이러한 경우에, RGB 컴포넌트들의 각도 분리에 따라 세팅된 R, G, B 채널 지연들을 갖는 비디오 정보로 변조될 수 있다. 회절 격자(1009)는 예컨대, 6개의 CLCG(Cholesteric Liquid Crystal Grating)들의 스택 형태를 취하고(6개 각각은 특정 스펙트럼 컴포넌트(예컨대, R1, G1, B1 ; R2, G2, B2 컴포넌트들 중 하나)로 동조된 나선형 피치를 가짐), 설계된 회절 각도에 따라 세팅된 격자(측방향) 피치를 가질 수 있다. 따라서, RGB 컴포넌트들의 제1 세트는 제1 각도로 회절될 수 있고, RGB 컴포넌트들의 제2 세트는 제2 각도로 회절될 수 있다. 이러한 각도 분산은 통상의 회절 격자에 의해 생성된 분산(이 경우, 회절 각도는 파장의 단조 함수임)과 상이하다는 것에 주의한다. CLCG들은 도 19 및 도 20을 참조하여 이하에서 추가로 논의된다. CLCG가 사용되는 경우, 이미지와이즈 변조된 광(1002)의 소스는 예컨대, 광대역 QWP(Quarter Wave Plate)를 포함함으로써 원형으로 편광된 광을 출력하도록 구성될 수 있다.
[0084] 스캐닝 미러(1008)는 제1 RGB 세트 빔(1111) 및 제2 RGB 세트 빔(1115)을 인-커플링 프리즘(1012)의 제1 표면(1010)으로 편향시킨다. 스캐닝 미러(1008)는 빔들(1111, 1115)의 RGB 컴포넌트들의 변조와 조화되게 구동된다. 인-커플링 프리즘(1012)은, 인덱스 매칭 접착제(1015)로 접안렌즈 도파관(1006)의 제1 표면(1016)에 커플링된 제2 표면(1014)을 갖는다. 빔들(1111, 1115)은 내부 전반사를 위해 임계각 초과의 각도들로 인-커플링 프리즘(1112)을 통해 접안렌즈 도파관(1006) 내로 전파되고, 접안렌즈 도파관(1006)을 따라 전파되는 동안 접안렌즈 도파관(1006)의 제1 표면(1116) 및 대향하는 제2 표면(1018)에서 다수의 반사들을 경험한다. 궁극적으로, 빔들(1011, 1115)은 직교 동공 확장기(1016)에 도달하는데, 이는 도면 시트의 평면에 수직인 평면에서 그리고 그 평면 내에서 도면 시트의 평면의 수직에 대해 45도로 연장되는 그루브들을 갖는 회절 격자의 형태를 취한다. 직교 동공 확장기(1016)는, 접안렌즈 도파관(1006)으로부터 사용자의 눈을 향해 광을 재지향시키는 회절 광학 엘리먼트(예컨대, 격자)의 형태를 취하는 출사동 확장기(도시되지 않음)를 향해 종이의 평면에 수직하게 빔(1011, 1115)의 부분들을 점차 반사시킨다.
[0085] 도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 다른 이미지 디스플레이 시스템을 예시하는 간략화된 개략도이다. 도 11의 이미지 디스플레이 시스템(1100)은 도 10의 이미지 디스플레이 시스템(1000)과 유사하다. 광 빔들을 도파관 내로 인-커플링하기 위해 인-커플링 프리즘(1112)에 의존하는 도 10의 이미지 디스플레이 시스템(1000)과 달리, 이미지 디스플레이 시스템(1100)에서, 입력 커플링 엘리먼트(1052)가 광 빔들을 도파관(1050) 내로 인-커플링하는 데 사용되고, 입력 커플링 엘리먼트(1052)는 편광 감응성일 필요는 없다. 예시를 간단히 하기 위해, 공통의 컴포넌트들을 지정하기 위해 도 10 및 도 11 둘 모두에서 동일한 참조 번호들이 사용된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템(1100)은 인입 광 빔(1020)을 수신하고 스캐닝 반사된 광 빔들(1040)을 제공하기 위한 스캐닝 미러(1030), 예컨대, MEMS 스캐닝 미러를 포함한다. 이미지 디스플레이 시스템(1000)은 또한 스캐닝 반사된 광 빔을 수신하기 위한 도파관(1050)을 포함한다. 인입 광 빔(1020)은 위에서 설명된 바와 같이 적색, 녹색 및 청색 부근의 파장들, 예컨대, R1 R2 ..., G1 G2 ..., B1 B2 ...를 포함하도록 멀티플렉싱된다. 또한, 인입 광 빔(1020)은 TIR(total internal reflection) 임계각 미만의 각도로 도파관(1050) 상에 입사되도록 지향되고, 따라서 도파관(1050) 내로 인-커플링지 않는다. 스캐닝 미러(1030)는 파장들에 의존하여 상이한 방향들로 인입 광 빔의 컴포넌트들을 지향시키는 회절 엘리먼트들(이는 별개의 광 빔들을 발생시킴)을 포함할 수 있다. 도 8의 맥락에서 위에서 논의된 회절 격자(832)는 스캐닝 미러(1030)에 포함된 회절 엘리먼트들을 위해 사용될 수 있다. 도파관 내로의 이들 광 빔들의 입사각들은 MEMS 스캐닝 미러 회전 각도를 사용하여 변동된다. 도 11의 간략화된 도면에서, 스캐닝 미러(1030)로부터 반사된 2개의 광 빔들을 스캐닝한 결과로서 2개의 광 원뿔들(1041 및 1042)이 도시된다. 일부 실시예들에서, 광 빔들(1041, 1042)은 ICG와 같은 입력 커플링 엘리먼트(1052)에 의해 도파관(1050) 내로 인-커플링된다. 이 실시예에서, 입력 커플링 엘리먼트들(1052)은 편광 감응성일 필요는 없다.
[0086] 도 11에 도시된 바와 같이, 스캐닝 광 빔(1041)은 도파관(1050)에서 TIR(total internal reflection)를 겪고 제2 시야(FOV1)(1066)의 제1 이미지를 형성하도록 출력 커플링 광학 엘리먼트(1054)를 통해 도파관으로부터 프로젝팅된다. 유사하게, 스캐닝 광 빔(1042)은 도파관(1050)에서 TIR(total internal reflection)를 겪고 제2 시야(FOV2)(1068)의 제2 이미지를 형성하도록 출력 커플링 광학 엘리먼트(1054)를 통해 도파관으로부터 프로젝팅된다. 본 발명의 실시예들에서, 이미지 데이터는 필요에 따라 다수의 스캔된 빔들로 인코딩된다. 이미지 디스플레이 시스템(1100)은 제1 FOV(1066) 및 제2 FOV(1068)를 포함하는 합성 FOV(1060)의 이미지를 형성하도록 구성된다.
[0087] 도 11에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 인입 광 빔(1020)을 제공하는 광원은 스캐닝 미러(1030)와 대향하는 도파관(1050) 측에 배치된다. 광원은 TIR 임계각 미만의 각도로 인입 광 빔(1020)을 도파관(1050)에 제공하도록 구성된다. 따라서, 인입 광 빔(1020)은 도파관 내로 인-커플링됨 없이 도파관(1050)을 통과하여 스캐닝 미러(1030)에 도달한다. 또한, 반사된 광 빔들(1040)은 인입 광 빔(1020)으로부터 오프셋된 입력 커플링 광학 엘리먼트(1052)를 통해 도파관(1050) 내로 진입한다. 일부 실시예들에서, 스캐닝 미러 상의 반사 표면은 입사각이 반사각과 동일하지 않은(이는 이미징 디바이스의 보다 콤팩트한 구성으로 이어짐) 회절 축외(off-axis) 미러를 사용함으로써 (볼륨을 절약하기 위해) 기판과 실질적으로 평행하게 이루어질 수 있다.
[0088] 도 12는 이미지를 디스플레이하기 위한 방법을 예시하는 간략화된 흐름도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 방법(1200)은 둘 이상의 입력 광 빔들을 스캐닝 미러에 제공하는 것(1210)을 포함한다. 이 방법은 또한 복수의 반사된 광 빔들을 제공하기 위해 둘 이상의 입력 광 빔들을 스캐닝하는 것(1220)을 포함한다. 복수의 반사된 광 빔들 각각은 각각의 FOV(field of view)의 이미지를 제공하도록 구성된다. 이 방법은 도파관에서 복수의 반사된 광 빔들을 수신하는 것(1230)을 더 포함한다. 부가적으로, 방법은 합성 FOV(field of view)의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들을 프로젝팅하는 것(1240)을 포함한다. 방법(1200)을 구현하는 이미지 디스플레이 시스템의 예들이 도 1 내지 도 10과 관련하여 위에서 설명되었다. 방법의 일부 실시예들에서, 합성 시야는 둘 이상의 입력 광 빔들 각각에 의해 제공되는 FOV보다 크다. 합성 FOV의 이미지는 입력 광 빔들 각각으로부터의 이미지들을 포함하는 타일링된 이미지일 수 있다.
[0089] 도 13은 일 실시예에 따른 광 엔진(1300)의 개략도이다. 광 엔진(1300)은 상술된 디스플레이 시스템들의 광원들(110, 310, 510 또는 710) 중 임의의 것으로서 사용될 수 있다. 도 13을 참조하면, 광 엔진(1300)은 적색 광원(1302), 녹색 광원(1304) 및 청색 광원(1306)을 포함한다. 광원들(1302, 1304, 1306)은 예컨대, 레이저 다이오드들(LD) 또는 발광 다이오드들(LED)의 형태를 취할 수 있다. 적색 채널 시준 렌즈(1308), 녹색 채널 시준 렌즈(1310) 및 청색 채널 시준 렌즈(1312)가 적색 광원(1302), 녹색 광원(1304) 및 청색 광원(1306)의 출력에 각각 배열된다. 청색 광원(1306)은 청색 채널 시준 렌즈(1312)를 통해, 청색 채널 광학 경로 폴딩 미러(1314)를 경유하여, 녹색 대역 반사 이색성 미러(1318)를 통해 그리고 적색 대역 반사 이색성 미러(1320)를 통해 빔 편향 프리즘(1322)에 광학적으로 커플링된다. 녹색 광원(1304)은 녹색 채널 시준 렌즈(1310)를 통해, 녹색 대역 반사 이색성 미러(1318)를 경유하여 빔 편향 프리즘(1322)에 광학적으로 커플링된다. 적색 광원(1302)은 적색 채널 시준 렌즈(1308)를 통해, 적색 대역 반사 이색성 미러(1320)를 경유하여 빔 편향 프리즘(1322)에 광학적으로 커플링된다. 광원들(1302, 1304, 1306)로부터의 광은 다중 스펙트럼 컴포넌트 시준된 빔(1324)으로서 빔 편향 프리즘(1322)에 도달한다. 다수의 스펙트럼 컴포넌트 시준된 빔(1324)은 빔 편향 프리즘(1322)의 입력 표면(1326) 상에 입사되고, 다중 스펙트럼 컴포넌트 시준된 빔(1324)을 굴절시키고 그리하여 편향시키는 역할을 하는 빔 편향 프리즘(1322)의 경사진 표면(1328)을 통해 빠져나간다. 선택적으로, 빔(324)의 편향에 기여하고 경사진 표면(1328)에서의 굴절과 연관된 색 분산(chromatic dispersion)을 보상하기 위해 입력 표면 상에 회절 격자(도시되지 않음)가 배치될 수 있다. 빔 편향 프리즘(1322)은 입사 다중 스펙트럼 컴포넌트 시준된 빔(1324)과 평행한 축(1330)을 중심으로 각도 α(alpha) 만큼 회전된다. 각도 α만큼 빔 편향 프리즘(1322)을 회전시키는 것은 도면 시트의 평면에 수직으로 빔 방향 코사인을 부여(impart)하는 역할을 한다. 도 13에 도시된 형태의 다수, 예컨대, 2개, 4개 또는 그 이상의 광 엔진들은 조립체(도시되지 않음)에 배열되고, 4개의 다중 광 엔진들(1300)로부터의 다중스펙트럼 컴포넌트 빔들(1324)이 상술한 실시예들에서 사용된 빔 스캐닝 미러들 중 하나의 표면에서 수렴하도록 배향된 각각의 빔 편향 프리즘(1322)을 가질 수 있다. 도 13에 도시되진 않았지만, 각각이 상이한 스펙트럼 출력을 갖는 더 많은 광원들이 도 13에 도시된 어레인지먼트와 유사한 방식으로 부가될 수 있다. 상이한 피크 파장들 및 실질적으로 중첩되지 않는 스펙트럼 출력들을 갖는 한 쌍의 협대역 광원들이 예컨대, 적색, 청색 및 녹색 컬러들 각각에 대해 제공될 수 있다. 이러한 부가적인 광원들을 제공하는 것은, 상술된 디스플레이 시스템들에 대해 증가된 컬러 가뮷을 산출할 수 있다.
[0090] 도 14는 다른 실시예에 따른 광 엔진(1400)의 개략도이고, 도 15는 도 14에 도시된 광 엔진(1400)의 정면(출력단)도이다. 광 엔진(1400)은 상술된 디스플레이 시스템들의 광원들(110, 310, 510 또는 710) 중 임의의 것으로서 사용될 수 있다. 도 14 내지 도 15를 참조하면, 광 엔진(1400)은 제1 빔 소스(1402), 제2 빔 소스(1404), 제3 빔 소스(1502) 및 제4 빔 소스(1504)를 포함한다. 제3 빔 소스(1502) 및 제4 빔 소스(1504)는 아래에서 추가로 논의되는 바와 같은 빔 형성 렌즈들의 포지셔닝의 뚜렷한 예외를 제외하고는 동일한 구조를 가질 것이다. 특히, 도 14를 참조하면, 제1 빔 소스(1402) 및 제2 빔 소스(1404)의 내부 세부사항들이 도시된다. 제1 빔 소스(1402)는 제1 출력 렌즈(1414a)를 포함하고 제2 빔 소스(1404)는 제2 출력 렌즈(1414b)를 포함한다. 각각의 빔 소스(1402, 1404)는, 이색성 빔 결합기(1412)를 통해, 연관된 시준 및 빔 편향 렌즈(1414a, 1414b)에 커플링되는 적색 레이저 다이오드(1406), 녹색 레이저 다이오드(1408) 및 청색 레이저 다이오드(1410)를 포함한다. (대안적으로, 레이저 다이오드들(1406, 1408, 1410) 대신에, 예컨대, 발광 다이오드와 같은 다른 유형의 광원이 사용될 수 있음). 각각의 이색성 빔 결합기(1412)는 입력 표면(1416), 표시된 Z-축으로부터 +45도 경사진 하위 빔 폴딩 미러 표면(1418), 표시된 Z-축으로부터 -45도 기울어진 상위 빔 폴딩 미러 표면(1420)(각각의 경우에, 각각의 각자의 표면의 좌측 에지가 회전축으로 취해진다고 가정함) 및 출력 표면(1422)을 포함한다. 빔 폴딩 미러 표면들(1418, 1420)은 예컨대, TIR(total internal reflection) 표면들 또는 금속화된 표면들일 수 있다. +45도 기울어진 청색 대역 반사 이색성 미러(1424) 및 -45도 기울어진 적색 대역 반사 이색성 미러(1426)가 이색성 빔 결합기(1412)에 임베딩된다. 이색성 빔 결합기(1412)는 이색성 코팅들로 코팅되고 광학 시멘트로 결합되는 여러 조각의 광학 유리로 제조될 수 있다. 청색 레이저 다이오드(1410)로부터의 광은 하위 빔 폴딩 미러 표면(1418), 청색 대역 반사 이색성 미러(1424) 및 출력 표면(1422)을 통해 출력 렌즈(1414a, 1414b)에 커플링된다. 유사하게, 적색 레이저 다이오드(1406)로부터의 광은 상위 빔 폴딩 미러 표면(1420), 적색 대역 반사 이색성 미러(1426) 및 출력 표면(1422)을 통해 출력 렌즈(1414a, 1414b)에 커플링된다. 녹색 레이저 다이오드(1408)로부터의 광은 입력 표면(1416), 청색 대역 반사 이색성 미러(1424), 적색 대역 반사 이색성 미러(1426) 및 출력 표면(1422)을 통해 출력 렌즈(1414a, 1414b)에 전달된다.
[0091] 도 15를 또한 참조하면, 제3 빔 소스(1502)는 제3 출력 렌즈(1514a)를 포함하고, 제4 빔 소스(1504)는 제4 출력 렌즈(1514b)를 포함한다. 도 15에서, 십자선들은 출력 렌즈들(1414a, 1414b, 1514a, 1514b)의 중심을 표시한다. 출력 렌즈들(1414a, 1414b, 1514a, 1514b)은 레이저 다이오드들(1406, 1408, 1410)에 의해 방출된 광을 집광하고; 발산 각도를 변경(예컨대, 시준)하고; 이 광을 편향시키는 역할을 한다. 이색성 빔 결합기(1412) 내의 적색 레이저 다이오드(1406) 및 청색 레이저 다이오드로부터의 광에 대한 광학 경로 길이는 도 4에 도시된 바와 같이 녹색 레이저 다이오드(1408)로부터의 광에 대한 광학 경로 길이보다 길다. 부가적으로, 출력 렌즈들(1414a, 1414b, 1514a, 1514b)은 동질성 광학 재료로 제조된 단순한 굴절 렌즈일 수 있고, 출력 렌즈들(1414a, 1414b, 1514a, 1514b)이 적색, 녹색 및 청색 레이저 다이오드들(1406, 1408, 1410)로부터의 광에 대해 상이한 초점 길이들을 갖는다는 것을 의미하는 일부 색 수차는 나타낸다. 이색성 빔 결합기 내에서 색수차 및 상이한 경로 길이들을 보상하기 위해, 각각의 레이저 다이오드(1406, 1408, 1410)는 이색성 빔 결합기(1412)의 입력 표면(1416)으로부터 상이한 거리로 세팅된다. 일 예로서, 출력 렌즈들(1414a, 1414b, 1514a, 1514b)이 광을 시준하기 위해 사용되는 경우들에서, 각각의 특정 레이저 다이오드(1406, 1408, 1410)는 특정 레이저 다이오드(1406, 1408, 1410)의 방출의 피크 파장에 특정한 후방 초점 길이와 동일한 광학 경로 거리만큼 그의 연관된 출력 렌즈(1414a, 1414b, 1514a, 1514b)로부터 이격될 수 있다.
[0092] 출력 렌즈들(1414a, 1414b, 1514a, 1514b)은 레이저 다이오드들(1406, 1408, 1410)로부터의 광에 대한 결합된 광학 축(1415)에 대해 (증분들 ΔX 및 ΔY의 관점에서 식별되는 양만큼) 축외로 변위된다. 렌즈들(1414a, 1414b, 1514a, 1514b)로의 입력에서, 결합된 광학 축(1415)은 도 14에 표시된 Z-축에 평행하다. 렌즈들(1414a, 1414b)을 X 및 Y 방향들로 오프셋하는 것은 비-제로(non-zero) X 및 Y 방향 코사인들을 갖는 빔 전파 방향을 유도하는 역할을 한다. 제1 빔 소스(1402)의 경우에, 빔 X 및 Y 렌즈 오프셋들은 (ΔX, ΔY)인 반면, 제2 빔 소스(1404)의 경에, X 및 Y 렌즈 오프셋들은 (-ΔX, ΔY)이란 것에 주의한다. X 좌표 오프셋들의 반대칭성(antisymmetry)은 2개의 빔 소스들(1402, 1404)에 의해 형성된 광 빔들을, 상술한 실시예들에서 사용된 빔 스캐닝 미러들의 표면과 일치하는 교차점(1428)으로 향하게 하는 역할을 한다. 도 14에 도시된 빔 소스들(1402, 1404)의 쌍의 렌즈들(1414a, 1414b)은 렌즈들(1414a, 1414b)에 도달하는 결합된 광학 축에 대해 양의 Y-축 오프셋을 갖지만, 빔 소스들(1502, 1504)의 제2 쌍은 음의 Y-축 오프셋(-ΔY)을 갖는다. Y-축 오프셋의 이러한 반대칭성은 빔 소스들(1402, 1404, 1502, 1504)의 2개의 쌍들로부터의 빔들이 상술한 교차점(1428)에서 만나게 하는 역할을 한다. 따라서 4개의 다중스펙트럼 컴포넌트의 발산 제어된(예컨대, 시준된) 빔들은 단일 빔 스캐닝 미러로 지향될 수 있다. 출력 렌즈들(1414a, 1414b, 15141, 1514b)은 비제한적인 예로서 유리 또는 플라스틱일 수 있고, 시멘트 접합된 수색성의 혼성 렌즈들일 수 있으며, 회절 광학 표면들을 포함할 수 있다.
[0093] 도 16은 일 실시예에 따른 4 채널 광 엔진(1600)의 평면도이고, 도 17은 도 16에 도시된 광 엔진(1600)의 부분의 단면도이다. 광 엔진은 리세스(1604)가 형성된 기판(1602)을 포함한다. 기판(1602)은 비제한적인 예로서 실리콘 또는 세라믹일 수 있다. 기판(1602)은 아래에서 설명되는 컴포넌트들을 위한 장착 보스들 및 로케이팅 특징들(도시되지 않음)을 형성하도록 에칭된다. 기밀 밀봉이 요구되지 않는 경우, 기판(1602)은 유리 섬유 인쇄 회로 보드일 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같은 다양한 광학 컴포넌트들은 리세스(1604)에 장착되고, 리세스(1604)를 덮고 밀봉하는 광학 윈도우(1606)가 기판(1602) 상에 밀봉된다. 4개의 다중스펙트럼(RGB) 컴포넌트 빔 소스들(1608, 1610, 1612, 1614)이 리세스(1604)에 로케이팅된다. 도 14 및 도 15를 참조하여 위에서 설명된 실시예와 유사한 출력 렌즈들(1616a, 1616b, 1616c, 1616d)의 오프셋(이는 아래에서 설명될 것임)을 제외하고는, 빔 소스들(1608, 1610, 1612, 1614)의 내부 세부사항들은 동일하다. 도 16에 도시된 제1 빔 소스(1608)를 참조하면, 청색 레이저 다이오드(1618), 녹색 레이저 다이오드(1620) 및 적색 레이저 다이오드(1622)가 이색성 빔 결합기들(1412) 중 하나를 통해 제1 렌즈(1624)에 광학적으로 커플링된다. 이색성 빔 결합기(1412)의 내부 세부사항들의 설명에 대해서는 도 14 및 도 15의 맥락에서 상술한 설명을 참조한다.
[0094] (도 16에 표시된 바와 같은) 제2 다중스펙트럼 컴포넌트 빔 소스(1610)의 부분을 통한 단면인 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈(1624)는 광학 시멘트(1628)로 빔 폴딩 프리즘(1632)의 입력 표면(1630)에 본딩된 평면 표면 (1626)을 갖는 제1 플라노 볼록 렌즈이다. 빔 폴딩 프리즘(1632)의 반사 표면(1634)은 이색성 빔 결합기(1412)를 빠져나가는 빔을, 광학 윈도우(1606)를 향해 상향으로 90도만큼 편향시킨다. 빔 폴딩 프리즘(1632)은 광학 시멘트(1638)로 광학 윈도우(1606)의 하위 표면(1640)에 본딩된 출구 표면(1636)을 포함한다. 플라노 볼록 렌즈 출력 렌즈(1616b)의 평면 표면(1642)은 광학 시멘트(1644)를 사용하여, 빔 폴딩 프리즘(1632)의 출구 표면(1636)을 덮는 광학 윈도우(1606)의 상위 표면(1646)에 본딩된다. 대안적으로, 제1 렌즈(1624)는 원하는 빔 발산 변화(예컨대, 시준)를 달성하고 플라노 볼록 출력 렌즈들(1616a, 1616b, 1616c, 1616d)은 프리즘들 및/또는 회절 광학 엘리먼트들과 같은 빔 편향 컴포넌트들로 대체된다. 제1 다중스펙트럼 컴포넌트 빔 소스(1608)에 도시된 바와 같이, 대안적으로, 발산 변화(예컨대, 시준) 렌즈들(1648)이 이색성 빔 결합기(1412)의 입력 표면(1416)의 표면 상에 포지셔닝된다. 대안적으로, 제1 렌즈(1624), 렌즈들(1648) 및/또는 출력 렌즈들(1616a, 1616b, 1616c, 1616d) 대신에 또는 그에 추가하여, 회절, 캣트롭틱(catroptic), 반사 굴절(catodioptric) 또는 다른 굴절 컴포넌트들 또는 서브시스템들이 사용될 수 있다. 빔 소스들(1608, 1610, 1612, 1614) 각각에는 출력 렌즈들(1616a, 1616b, 1616c, 1616d) 중 하나가 장착되고, 출력 렌즈들(1616a, 1616b, 1616c, 1616d) 각각은 그의 빔 소스(1608, 1610, 1612, 1614)의 결합된 광학 축(횡단 빔 중심) (1415)에 대해 거리 증분(ΔX 및 ΔY)의 관점에서 표시된 양들만큼 횡방향으로 오프셋된다. 이러한 방식으로, 4개의 빔 소스들(1608, 1610, 1612, 1614)로부터 출력된 빔들은 상술한 실시예의 빔 스캐닝 미러 중 하나의 표면에 포지셔닝될 수 있는 공통 교차점(1648, 1650)에서 교차하도록 유도된다. 따라서, 각각이 독립적으로 변조된 적색, 녹색 및 청색 스펙트럼 컴포넌트들을 갖는 4개의 다중스펙트럼 컴포넌트 빔들은 단일 스캐닝 미러에 충돌될 수 있고 디스플레이 도파관의 입력 광학 엘리먼트들(예컨대, 입력 커플링 회절 격자들)을 통해 스캐닝 미러에 의해 스캔될 수 있다. 스캐닝 미러는 적어도 스캐닝 미러 상에 입사되는 다중컴포넌트 빔들 사이의 각도 분리의 절반과 적어도 동일한 충분한 각도 범위에 걸쳐 각각의 다중컴포넌트 빔을 스캔하도록 구동될 수 있고, 이러한 방식으로, 각각의 빔은 더 큰 입체각 범위를 (적어도) 연속적으로 채우기 위해 결합되는 서브-범위들에 걸쳐 스캔될 수 있다. (서브범위들의 중첩이 또한 가능함). 이러한 더 큰 입체각 범위는, 빔들이 입력되는 도파관 디스플레이 접안렌즈를 바라보는 사용자에 대한 더 큰 시야에 대응한다. 각각의 빔 소스 내의 각각의 레이저 다이오드는 컬러 이미지와이즈 변조된 광을 형성하는 이미지 데이터로 개별적으로 변조될 수 있다.
[0095] 도 18은 일 실시예에 따른 도파관 디스플레이 시스템(1800)의 부분도이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 도파관 디스플레이 시스템은 양면 볼록 비구면 시준 렌즈(1808)를 향하는 광 방출 방향들을 갖는 적색 레이저 다이오드(1802), 녹색 레이저 다이오드(1804) 및 청색 레이저 다이오드(1806)를 포함한다. 대안적으로, 비제한적인 예로서, 혼성 렌즈들, 회절, 캣트롭틱 및/또는 반사 굴절 컴포넌트들과 같은 다른 유형의 시준 옵틱(optic)이 광학 시스템이 사용될 수 있다. 렌즈(1808)에 의해 시준된 광은 QWP(quarter wave plate)(1810) 상에 입사된다. 레이저 다이오드들(1802, 1804, 1806)에 의해 방출된 광은 실질적으로 선형으로 편광되므로, QWP(1810)는 편광 상태를 RH(right hand) 또는 LH(left hand) 원형으로 편광된 광으로 변환하는 역할을 한다. QWP(1810)를 뺘져나가는 광은 제1 청색 반사 방지(AR) 코팅(1830), 청색 인커플링 격자(ICG)(1814), 청색광 도파관(1809), 제2 청색 AR 코팅(1831), 제1 녹색 AR 코팅(1832), 녹색 ICG(1816), 녹색광 도파관(1811), 제2 녹색 AR 코팅(1833), 제1 적색 AR 코팅(1834), 적색 ICG(1818), 적색 도파관(1812) 및 제2 적색 AR 코팅(1836)을 통과한다. ICG들(1814, 1816, 1818)은 적합한 반사 CLCG(Cholesteric Liquid Crystal Grating)들이다. 인커플링 CLCG들(1814, 1816, 1818)의 구조는 아래에서 보다 상세히 논의된다. 청색 ICG(1814)는 청색광 도파관(1809)의 전방 측(1824) 상에 지지되고, 녹색 ICG(1816)는 녹색광 도파관(1811)의 전방 측(1826) 상에 지지되고 적색 ICG(1816)는 적색 도파관(1812)의 전방 측(1828) 상에 지지된다. 도파관들(1809, 1811, 1812)의 전방 측들(1824, 1826, 1828)은 레이저 다이오드들(1802, 1804, 1806) 쪽을 향한다. 제1 청색 AR 코팅(1830), 제1 녹색 AR 코팅(1832) 및 제1 적색 AR 코팅(1834)은 청색 ICG(1814)의 레이저 대면 표면(1838), 녹색 ICG(1816)의 레이저 대면 표면(1840) 및 적색 ICG(1818)의 레이저 대면 표면(1842) 상에 각각 배치된다.
[0096] 도파관들(1809, 1811, 1812)의 부분만이 도 18에서 가시적이다. 도파관들(1809, 1811, 1812)의 나머지 부분들은 사용자의 눈으로의 광의 커플링을 제어하기 위한 부가적인 광학 컴포넌트들이 그 위에 형성되어 있거나 이 광학 컴포넌트들을 포함한다. 이러한 부가적인 컴포넌트들은 예컨대, OPE(orthogonal pupil expansion) 격자들 및 EPE(exit pupil expansion) 격자들을 포함할 수 있다. 도파관들(1809, 1811, 1812)은 사용자가 가상 콘텐츠 및 실제 주변들을 동시에 볼 수 있도록 투명하다. 도파관들(1809, 1811, 1812) 및 ICG들(1814, 1816, 1818)을 통과한 후에, 레이저 다이오드들(1802, 1804, 1806)에 의해 방출된 광은 스캐닝 미러(1822)의 전방 표면(1820)에서 반사된다. 광이 초기에 QWP(1810)를 통과할 때, 광은 선형 편광으로부터 LH 또는 RH일 수 있는 원형으로 편광된 광의 특정 초기 핸디드니스로 변환된다. ICG들(1814, 1816, 1818)은 광의 초기 핸디드니스에 대향하는 핸디드니스를 가질 수 있어서, 광은 실질적으로 편향 없이 초기에 ICG들을 통과하게 된다. 스캐닝 미러(1822)의 전방 표면(1820)은 정반사성(specular)일 수 있거나, 또는 광을 비-제로(non-zero) 회절 차수로 재지향시키는 반사 회절 격자(예컨대, 블레이징된 표면 릴리프 격자(blazed surface relieve grating) 또는 예컨대, 볼륨 홀로그래피 격자)를 포함할 수 있다. 전방 표면(1820)으로부터의 반사 시에, 원형 편광의 그 핸디드니스는 CLCG ICG들(1814, 1816, 1818)의 핸디드니스와 매칭하도록 반전되고, 이에 따라, 스캐닝 미러(1822)의 전방 표면(1820)으로부터 반사된 광은 미러 도파관들(1809, 1811, 1812)에서 TIR에 대한 임계각 초과인 제1 회절 각도로 반사적으로 회절된다.
[0097] 도 19는 도 18에 도시된 도파관 디스플레이 시스템(1800)의 부분의 단면도이다. 도 19는 청색 AR 코팅들(1830, 1831), 청색 ICG(1814) 및 청색 도파관(1809)을 통한 단면 입면도를 포함하고, 청색 ICG(1814)의 내부 세부사항들을 포함한다. 녹색 ICG(1816) 및 적색 ICG(1818)는 청색 ICG(1814)의 구조와 유사한 구조를 갖지만, 축방향 및 측방향 피치들이 상이하다(이는 아래에서 추가로 논의됨). 청색 ICG(1814)는 제1 기판(1910), 제2 기판(1912) 및 제1 에지 시일(1914)에 의해 형성된 제1 셀(1908)에 로케이팅된 콜레스테릭 액정 재료(1902)를 포함한다. 제1 셀(1908)은 제1 기판(1910) 상에 형성된 정렬 층(1928)을 포함한다. 콜레스테릭 액정은 액정 재료의 다중 계층들의 스택을 포함한다. 도 19의 경우에서와 같이, 스택 방향이 예시된 데카르트 삼원소(Cartesian triad) 중 Z 방향에 대응한다고 가정하면, 스택 내의 각각의 연속적인 층의 분자들의 배향은 Z 축을 중심으로 작은 각도 증분만큼 회전된다. Z 축을 중심으로 한 회전은 분자들의 전체 회전에 대응하는 Z 거리인 피치를 특징으로 한다. 왼손 트위스트(left handed twist) 또는 오른손 트위스트일 수 있는 트위스트의 방향을 제어하기 위해 키랄 도펀트 분자들이 부가될 수 있다. 반사율은 콜레스테릭 액정의 트위스트의 핸디드니스와 매칭하는 원형 편광을 갖고 Z 방향 피치와 매칭하는 파장을 갖는 광에 대해 최대화된다. 청색 CLCG에 대해 Z 축을 중심으로 한 분자들의 회전을 특징화하는 피치는 도 19의 피치의 절반과 동일한 라벨 치수(0.5 * Pitch_Z)에 의해 표시된다.
[0098] 격자는 각각의 층의 분자들의 배향의 주기적 측방향(예컨대, 도 9에서 X 방향) 변화를 설정함으로써 생성될 수 있다. 정렬 층(1928)은 콜레스테릭 액정의 배향의 측방향 변화들을 설정하기 위해 사용된다. 정렬 층(1928)은, 액정 분자들의 로컬 정렬을 설정하기 위한 패턴들이, 편광된 광의 패턴들로의 노출에 의해 설정되는 포토-정렬 층일 수 있다. 포토-정렬 층들의 예들은 폴리이미드, LPP(linear-polarization photopolymerizable polymer), 아조-함유 중합체들, 쿠마린-함유 중합체들 및 신나메이트-함유 중합체들을 포함한다. 액정 재료(1902)의 측방향 피치는 도 19에서 Pitch_X로 라벨링된다. 액정 재료(1902)는 우선적으로 광을 제1 회절 차수로 회절시키는 반사성 편광 핸디드니스 선택적 격자를 형성한다. 액정 재료들(1902)에 대한 수직 피치는 반사시키려는 광의 파장(예컨대, 청색 레이저 다이오드(1806)에 의해 방출된 광의 파장)에 따라 세팅된다. 측방향 피치(Pitch_X)는 1차 회절된 광의 회절 각도를 설정하기 위해 격자 수식에 따라 세팅된다. 도파관 디스플레이 시스템(1800)의 맥락에서, 액정 재료(1902)의 측방향 피치는, 스캐닝 미러(1822)의 모든 배향들에 대한 액정 재료(1902)로부터의 회절 각이 도파관 (1812)에 대한 내부 전반사에 대한 임계각을 초과하도록 선택된다. 피치들(Pitch_X 및 Pitch_Z)에 관한 "수직" 및 "측방향"에 대한 참조는 도 19에 도시된 시스템(1800)의 배향에 적용 가능하고 실제로 시스템(1800)은 임의의 배향으로 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 19에 도시된 것과 유사하게, 녹색 인커플링 격자(1816) 및 적색 인커플링 격자(1818)는 그들이 작용할 광의 파장(예컨대, 적색 레이저 다이오드 1802) 및 녹색 레이저 다이오드(1806)에 의해 방출된 파장)에 대응하는 수직 피치(Pitch_Z)를 가질 것이고, 각각의 도파관들(1811 및 1812) 내에서의 TIR에 대한 임계각을 초과하는 각도로 광이 회절된다는 본 명세서의 관점에서, 그리고 이들이 작용할 파장에 기초하여 측방향 피치(Pitch_X)를 가질 것이다.
[0099] 도 20은 일 실시예에 따른 제1 정렬 층(1928)의 개략적인 평면도 표현이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 정렬 층(1928)은 일련의 스트라이프 형상 영역들(2002-2034)을 포함한다. 도 20에 도시된 도면은 2개의 기간들(Pitch_X로 나타냄)에 걸쳐서만 도시하며, 실제로 제1 정렬 층(1928)이 훨씬 다수의 피치 기간들을 포함할 것이라는 점이 이해되어야 한다. 각각의 피치 기간(Pitch_X) 내에서, 각각의 연속적인 스트라이프 영역(예컨대, 2002-2016)은 선행 스트라이프 영역에 대해 증분되는 정렬 방향을 갖는다. 도 20에 도시된 바와 같이, 피치 기간 마다 상이한 정렬 방향을 각각 갖는 8개의 스트라이프 형상 영역들이 존재한다. 예컨대, 각각이 상이한 정렬 방향을 갖는 4개 또는 16개의 스트라이프 형상 영역들과 같은 대안들이 각각의 피치 기간마다 제공될 수 있다. 대안적으로, 정렬 방향은 연속적으로 변동될 수 있다. 연속적인 변동은 예컨대, 위에서 인용된 포토-정렬 재료들과 같은 포토-정렬 재료를, 대향하는 핸디드니스 원형 편광을 갖는 2개의 빔들의 간섭에 의해 생성된 간섭 패턴에 노출시킴으로써 획득될 수 있다. 대향하는 핸디드니스 원형 편광 빔들의 진폭 합은 선형으로 편광되고, 선형으로 편광된 합의 배향은 위상차의 함수로서 변동되고, 따라서 포토-정렬 층에 걸쳐 변동된다.
[0100] 도 21은 일 실시예에 따른 광자 칩 기반의 2개의 RGB 컬러 채널 결합기(2100) 및 제1 렌즈(2102) 및 제2 렌즈(2104)의 평면도이다. 결합기(2100)는 제1 분기식 도파관(2108) 및 제2 분기식 도파관(2110)이 정의되는 유리 슬래브(2106)를 포함한다. 분기식 도파관들(2108, 2110)은 유리 슬래브의 굴절률의 패턴와이즈 변경(patternwise alteration)에 의해 정의될 수 있다. 굴절률의 변경은 예컨대, 마스크 패턴을 통해 비-토착 원자 종들을 이식 또는 주입함으로써 달성될 수 있다.
[0101] 트렁크(2118)에 커플링된 제1 분기식 도파관(2108)은 제1 적색 수신 브랜치(2112) 및 제1 청색 수신 브랜치(2116)를 갖는다. 제1 적색 레이저 다이오드(2122)는 제1 적색 수신 브랜치(2112)의 입력단(2124)에 광학적으로 커플링되고; 제1 녹색 레이저 다이오드(2126)는 트렁크(2118)의 입력단(2128)에 광학적으로 커플링되고; 그리고 제1 청색 레이저 다이오드(2130)는 제1 청색 수신 브랜치(2116)의 입력단(2132)에 광학적으로 커플링된다. 제1 적색 수신 브랜치(2112)의 출력단(2134)은 제1 Y 접합부(2136)에서 트렁크(2118)에 연결된다. 유사하게, 제1 청색 수신 브랜치(2116)의 출력단(2138)은 제2 Y 접합부(2140)에서 트렁크(2118)에 연결된다
[0102] 제2 분기식 도파관(2110)은 위에서 설명된 바와 같은 제1 분기식 도파관(2108)과 동일한 구조를 가지며, 제2 적색 레이저 다이오드(2142), 제2 녹색 레이저 다이오드(2144) 및 제2 청색 레이저 다이오드(2146)로부터의 광을 제2 분기식 도파관(2110)의 트렁크(2114)의 출력단(2148)에 커플링하는 역할을 한다.
[0103] 제1 렌즈(2102)는 트렁크(2118)의 출력단(2120) 전방에 포지셔닝되고, 트렁크(2118)의(따라서 제1 분기식 도파관(2108)의) 출력단(2120)에 광학적으로 커플링되고, 제2 렌즈(2104)는 제2 분기식 도파관(2110)의 출력단(2148) 전방에 포지셔닝되고 이에 광학적으로 커플링된다. 제1 렌즈(2102)의 제1 렌즈 광학 축(예컨대, 회전 대칭축)(2150) 및 제2 렌즈(2104)의 제2 광학 축(2152)은 도 21에 도시된다. 제1 렌즈 광학 축(2150)은 제1 분기식 도파관(2108)의 트렁크(2118)에 대해 (도 2의 관점에서) 하향으로 그리고 도면 시트의 평면에 수직인 방향으로 오프셋된다. 유사하게, 제2 렌즈 광학 축(2152)은 제2 분기식 도파관(2110)의 트렁크(2114)에 대해 상향으로 그리고 도면 시트의 평면에 수직인 방향으로 오프셋된다. 렌즈 광학 축들(2150, 2152)의 상술된 오프셋들은 트렁크들(2118, 2114)의 출력단들(2120, 2148)로부터 나오는 광을, 상술된 실시예들에서 사용되는 빔 스캐닝 미러들(예컨대, 330, 730) 중 하나의 표면과 일치하게 배열된 공통 교차점(2154)으로 지향시키는 역할을 한다.
[0104] 도 22는 다른 실시예에 따른 광자 칩 기반의 2개의 RGB 컬러 채널 결합기(2200)의 평면도이다. 결합기(2200)는 공통 참조 번호들에 의해 표시된 바와 같이 결합기(2100)와 공통적인 다수의 엘리먼트들을 갖는다. 결합기(2200)는 적색 수신 브랜치(2112)의 출력단(2134) 및 청색 수신 브랜치(2116)의 출력단이 Y 접합부들(2136 및 2140) 대신에, 에바네센트 커플링(evanescent coupling)에 의해 트렁크(2118)에 커플링된다는 점에서 결합기(2100)와 상이하다.
[0105] 도 23은 일 실시예에 따라 2개의 도 21 및 도 22에 도시된 결합기들(2100 및/또는 2200)을 포함하는 4 RGB 채널 광 엔진(2300)의 정면도이다. 최상부 포지션 결합기(2100, 2200) 및 최하부 포지션 결합기(2100, 220)는 스페이서 블록(2300)의 대향 측들 상에 포지셔닝된다. 도시된 바와 같이, 렌즈들(2102, 2104)은 자신의 연관된 트렁크 출력단들(2120, 2148)에 대해 오프셋되어서, 트렁크들(2118, 2114)의 출력단들(2120, 2148)로부터 나오는 광은, 상술된 실시예들에서 광 엔진(2300)이 사용될 때, 빔 스캐닝 미러들(예컨대, 330, 730) 중 하나의 표면과 일치하게 로케이팅될 공통 교차점(2154)으로 수렴되게 된다.
[0106] 도 24는 다른 실시예에 따른 4 RGB 채널 광 엔진(2400)의 평면도이고, 도 25는 도 24에 도시된 4 RGB 채널 광 엔진(2400)의 부분의 단편적인 단면 입면도이다. 광 엔진(2400)은 제1 분기식 도파관(2404), 제2 분기식 도파관(2406), 제3 분기식 도파관(2408) 및 제4 분기식 도파관(2410)이 형성되는 유리 슬래브(2402)를 포함한다. 분기식 도파관들(2404, 2406, 2408, 2410)은 도 21에 도시된 실시예를 참조하여 위에서 논의된 방식으로 설정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 슬래브(2402)는 정사각형이고 제1 측(2412), 제2 측(2414), 제3 측(2416) 및 제4 측(2418)을 포함한다. 대안적으로, 성형된 유리 슬래브들(2402)이 또한 사용될 수 있다. 적색, 녹색 및 청색(RGB) 레이저 다이오드들의 제1 세트(2420)는 제1 측(2412)을 따라 배열되고, RGB 레이저 다이오드들의 제2 세트(2422)는 제2 측(2414)을 따라 배열되고, RGB 레이저 다이오드들의 제3 세트(2424)는 제3 측(2416)을 따라 배열되고, RGB 레이저 다이오드들의 제4 세트(2426)는 제4 측(2418)을 따라 배열된다.
[0107] RGB 레이저 다이오드들(2420)의 제1 세트는 적색 레이저 다이오드(2428), 녹색 레이저 다이오드(2430) 및 청색 레이저 다이오드(2432)를 포함한다. 제1 분기식 도파관(2404)은 제1 측(2412)에 인접하게 포지셔닝되고 RGB 레이저 다이오드들의 제1 세트(2420)로부터의 광을 제1 아웃커플링 패싯(outcoupling facet)(2434)에 커플링하는 역할을 한다. 제1 분기식 도파관(2404)은 적색 레이저 다이오드(2428)에 광학적으로 커플링된 적색광 수신 브랜치(2436), 녹색 레이저 다이오드(2430)에 광학적으로 커플링된 녹색광 수신 브랜치(2438) 및 청색 레이저 다이오드(2432)에 광학적으로 커플링된 청색광 수신 브랜치(2440)를 포함한다. 적색, 녹색 및 청색광 수신 브랜치들(2436, 2438, 2440)은 제1 분기식 도파관(2404)의 트렁크(2442)에 연결(또는 대안적으로, 에바네센트 방식으로 커플링)된다. 트렁크(2442)는 제1 아웃커플링 패싯(2434)으로 연장된다. 아웃커플링 패싯(2434)은 트렁크(2442)의 배향에 대해 45 도로 기울어진 TIR(total internal reflection) 표면이다. 제1 아웃커플링 패싯(2434)은 유리 슬래브(2402)의 평면으로부터 광을 반사적으로 편향시킨다.
[0108] 제2, 제3 및 제4 분기식 도파관들(2406, 2408, 2410)은 설명된 바와 같은 제1 분기식 도파관(2404)의 것과 동일한 구조를 갖지만, 이들이 인접하게 포지셔닝되는 각각의 측들(2414, 2416, 2418)과 정렬되도록 그에 대해 회전된다. 제2, 제3 및 제4 분기식 도파관들(2406, 2408, 2410)은 각각, 제2 아웃커플링 패싯(2444), 제3 아웃커플링 패싯(2446) 및 제4 아웃커플링 패싯(2448)에 커플링된다. 제1 렌즈(2450), 제2 렌즈(2452), 제3 렌즈(2454) 및 제4 렌즈(2456)는 각각, 제1 아웃커플링 패싯(2434), 제2 아웃커플링 패싯(2444), 제3 아웃커플링 패싯(2446) 및 제4 아웃커플링 패싯(2448) 위에 포지셔닝된다. 렌즈들(2450, 2452, 2454, 2456) 각각은 아웃커플링 패싯들에 대해 오프셋되어 아웃커플링 패싯들(2434, 2444, 2446, 2448) 사이의 중간 포지션을 향해 놓인다(overlie). 이에 따라, 렌즈들(2450, 2452, 2454, 2456)은, 아웃커플링 패싯들(2434, 2444, 2446, 2448)로부터 나오는 광을, 상술된 실시예들에서 사용되는 빔 스캐닝 미러들(예컨대, 330, 730) 중 하나의 표면과 일치하는 공통 교차점(2458)으로 지향시키는 역할을 한다. 교차점(2458)은 유리 슬래브 위로 이격되지만, 이는 도 24의 평면 투시도에서 명확하지 않다. 대안에 따라, 다른 파장들로 방출하는 레이저 다이오드들 및 연관된 광 수신 브랜치들이 광 엔진(2400)에 부가되어서, 광 엔진(2400)은 3개 초과의 (RGB) 파장 채널들을 제공하게 될 것이다. 예컨대, 부가적인 채널은 눈 추적 시스템을 위한 조명을 제공하는 데 유용한 적외선 광일 수 있다.
[0109] 도 26은 다른 실시예에 따른 4 RGB 채널 광 엔진(2600)의 평면도이다. 적색 레이저 바(2602), 녹색 레이저 바(2604) 및 청색 레이저 바(2606)는 각각, 도파관(2616)의 네트워크가 형성되는 유리 슬래브(2614)의 적색 입력 측(2608), 녹색 입력 측(2610) 및 청색 입력 측(2612)에 인접하게 배열된다. 적색 레이저 바(2602)는 4개의 개별적으로 제어 가능한 적색 레이저 다이오드들(2602A, 2602B, 2602C, 2602D)을 포함하고, 유사하게, 녹색 레이저 바(2604)는 4개의 개별적으로 제어 가능한 녹색 레이저 다이오드들(2604A, 2604B, 2604C, 2602D)을 포함하고, 유사하게, 청색 레이저 바(2606)는 4개의 개별적으로 제어 가능한 청색 레이저 다이오드들(2606A, 2606B, 2606C, 2606D)을 포함한다. 4개의 출력 패싯들(2608A, 2608B, 2608C 및 2608D)은 유리 슬래브(2614)에 정의된다. 출력 패싯들(2608A, 2608B, 2608C 및 2608D)은 도 25에 도시된 출력 패싯(2434)의 것과 동일한 설계를 갖거나, 또는 대안적으로 상이한 설계를 갖는다. 레이저 바들(2602, 2604, 2606) 각각으로부터 개별적으로 제어 가능한 레이저 다이오드들 중 하나는 도파관들의 네트워크(2616)를 통해 출력 패싯들(2608A, 2608B, 2608C 및 2608D) 각각에 커플링된다. 렌즈(2450, 2452, 2454, 2456)는 출력 패싯들(2608A, 2608B, 2608C 및 2608D) 위에 포지셔닝되고 도 24와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 기능한다. 대안적인 실시예에 따라, 상이한 파장(예컨대, 적외선)에서 동작할 수 있는 다른 레이저 바가 유리 슬래브(2614)의 제4 측을 따라 포지셔닝될 수 있고, 도파관들(2616)의 네트워크를 통해 출력 패싯들(2608A, 2608B, 2608C 및 2608D)에 광학적으로 커플링된다(이 네트워크는 이러한 목적을 위해 연장될 수 있음).
[0110] 도 27은 본 발명의 실시예에 따라 증강 현실 안경에 사용될 수 있는 도파관 디스플레이 시스템(2700)의 개략도이다. 도 27을 참조하면, 시스템은 PBS(polarization beam splitter)(2702)를 포함하며, 이는 이 경우에 편광 빔 결합기가 사용된다. PBS(2702)는 PBS(2702)의 대각선을 따라 임베딩된 편광 선택적 반사기(2704)를 포함한다. 편광 선택적 반사기(2704)는 예컨대, 와이어 그리드 어레이 또는 맥닐(MacNeille) 유형일 수 있다.
[0111] 제1 이색성 X-큐브 결합기(2706)는 PBS(2702)의 제1 면(2708)에 인접하게 배열되고, 제2 이색성 X-큐브 결합기(2710)는 PBS(2702)의 제2 면(2712)에 인접하게 배열된다. 제1 이색성 X-큐브 결합기(2706)는 제1 대각선을 따른 제1 임베딩된 적색 반사 이색성 미러(2714) 및 90도로 제1 대각선과 교차하는 제2 대각선을 따른 제1 임베딩된 청색 반사 이색성 미러(2716)를 포함한다. 제2 이색성 X-큐브 결합기(2710)는 유사하게 하나의 대각선을 따른 제2 임베딩된 적색 반사 이색성 미러(2718) 및 제2 대각선을 따른 제2 임베딩된 청색 반사 이색성 미러(2720)를 갖는다. 대안적으로, X-큐브 결합기(2706, 2710) 대신에, 다수의 레이저 다이오드들로부터의 광을 결합하기 위한 다른 광학 서브시스템들이 사용될 수 있다. 예컨대, 위의 도 21 및 도 22에 도시된 RGB 컬러 채널 결합기와 같은 컴포넌트들이 사용될 수 있다.
[0112] 제1 이색성 X-큐브 결합기(2706)를 참조하면, 제1 적색광 시준 렌즈(2722)는 제1 이색성 X-큐브 결합기(2706)의 제1 적색광 입력면(2724)에 인접하게 배열되고, 제1 녹색광 시준 렌즈(2726)는 제1 녹색광 입력면(2728)에 인접하게 배열되고, 제1 청색광 시준 렌즈(2730)는 제1 청색광 입력면(2732)에 인접하게 배열된다. 제2 이색성 X-큐브 결합기(2710)를 참조하면, 제2 적색광 시준 렌즈(2734)는 제2 X-큐브 결합기(2710)의 제2 적색광 입력면(2736)에 인접하게 배열되고, 제2 녹색광 시준 렌즈(2738)는 제2 녹색광 입력면(2740)에 인접하게 배열되고, 제2 청색광 시준 렌즈(2742)는 제2 청색광 입력면(2744)에 인접하게 배열된다.
[0113] 다음의 논의에서, s-편광된 및 p-편광된 배향들은 편광 선택적 반사기(2704)의 광의 입사에 관점에서 정의된다. 도 27을 다시 참조하면, s-편광된 적색 레이저 다이오드(2746)는 제1 이색성 x-큐브 결합기(2706)의 제1 적색광 시준 렌즈(2722) 및 제1 적색 입력면(2724)을 향해 배열되고; s-편광된 녹색 레이저 다이오드(2748)는 제1 녹색광 시준 렌즈(2726) 및 제1 녹색 입력면(2728)을 향해 배열되고; s-편광된 청색 레이저 다이오드(2750)는 제1 청색광 시준 렌즈(2730) 및 제1 청색광 입력면(2732)을 향해 배열된다. 유사하게, p-편광된 적색 레이저 다이오드(2752)는 제2 이색성 x-큐브 결합기(2710)의 제2 적색광 시준 렌즈(2734) 및 제2 적색광 입력면(2736)을 향해 배열되고; p-편광된 녹색 레이저 다이오드(2754)는 제2 녹색광 시준 렌즈(2738) 및 제2 녹색광 입력면(2740)을 향해 배열되고; p-편광된 청색 레이저 다이오드(2756)는 제2 청색광 시준 렌즈(2742) 및 제2 청색광 입력면(2744)을 향해 배열된다. 상술한 레이저 다이오드들의 편광은 이들이 장착되는 배향을 결정함으로써 간단히 결정될 수 있다. 상술한 레이저 다이오드들은 일련의 픽셀에 대한 픽셀 컬러 강도 값들에 기초하여 변조된다. 아래에서 추가로 설명될 바와 같이, s-편광된 레이저 다이오드들(2746, 2748, 2750)은 도파관 디스플레이 시스템(2700)에 의해 생성된 시야의 제1 부분을 조명하고, p-편광된 레이저 다이오드들(2752, 2754, 2756)은 도파관 디스플레이 시스템(2700)에 의해 생성된 시야의 제2 부분을 조명한다. 시준 렌즈들(2722, 2726, 2732, 2734, 2738, 2742)이 플라노 볼록으로서 도시되었지만, 대안적으로, 이들은 양면-볼록형이거나 다른 형상을 가질 수 있다.
[0114] 제1 이색성 x-큐브 결합기(2706)는 제1 임베딩된 적색 및 청색 이색성 반사 미러들(2714, 2716)의 효과에 의해, s-편광된 레이저 다이오드들(2746, 2748, 2750)로부터의 광을, 제1 이색성 x-큐브 결합기(2706)로부터 PBS(2702)의 제1 면(2708)으로 전달되는 시준된 S-편광된 RGB(red-blue-green) 빔으로 결합한다. 유사하게, 제2 이색성 x-큐브 결합기(2710)는 제2 임베딩된 적색 및 청색 이색성 반사 미러들(2718, 2720)의 효과에 의해, p-편광된 레이저 다이오드들(2752, 2754, 2756)로부터의 광을, 제2 이색성 p-큐브 결합기(2710)로부터 PBS(2702)의 제2 면(2712)으로 전달되는 시준된 S-편광된 RGB 빔으로 결합한다.
[0115] 편광 선택적 반사기(2704)는, 제1 면(2708)으로부터 도달되는 시준된 s-편광된 RGB 빔을 반사시키고 제2 면(2712)으로부터 도달되는 시준된 p-편광된 RGB 빔을 투과시키고, 그리하여 PBS(2702)의 제3 면(2758)을 통해 출력되는 결합된 s-편광된 RGB 및 p-편광된 RGB 빔을 형성하도록 배향된다. 미광 흡수기(2760)가 PBS(2702)의 제4 면(2762)에 인접하게 포지셔닝되고, 편광 반사기(2704)의 비-이상적인 성능으로 인해 편광 선택적 반사기(2704)에 의해 반사되는 임의의 p-편광된 광 및 편광 선택적 반사기(2704)에 의해 투과되는 임의의 s-편광된 광을 흡수하는 역할을 한다.
[0116] PBS(2702)의 제3 면(2758)을 통과한 후에, 광은 QWP(quarter wave plate)(2764)를 통과한다. PBS는 편광 컴포넌트 중 하나(S 또는 P)를 RHCP(right hand circularly polarized) 광으로 변환하고 나머지 편광 컴포넌트(P 또는 S)를 LHCP(left hand circularly polarized) 광으로 변환한다. 어떤 선형 편광 컴포넌트가 어떤 원형 편광 컴포넌트로 변환될지는 QWP(2764)를 회전시킴으로써 변경될 수 있다. QWP의 출력은 s-편광된 RGB 빔 및 p-편광된 RGB 빔으로부터 유도된 RHCP RGB 빔 및 LHCP RGB 빔을 포함한다. 논의를 위해, s-편광된 광이 RHCP 광으로 변환되고 p-편광된 광이 LHCP 광으로 변환된다고 가정하면, RHCP 광은 시스템(2700)에 의해 생성된 FOV의 상술한 제1 부분을 조명할 것이고 LHCP는 FOV의 상술한 제2 부분을 조명할 것이다.
[0117] 시스템(2700)은 이미지와이즈 변조된 광을 사용자 눈 포지션(2768)으로 전달하는 데 사용되는 도파관(2766)을 더 포함한다. ICG(in-coupling grating)(2770), OPE(orthogonal pupil expansion) 격자(2772) 및 EPE(exit pupil expansion) 격자(2774)가 있다. 실질적으로 시준된 광은 ICG를 통해 입력되고 OPE 격자(2772)를 향해 ICG(2770)에 의해 편향된다. OPE 격자(2772)는 EPE 격자(2774)를 향해 광의 부분들을 증분적으로 편향시키고, 이렇게 함으로써, 시준된 빔의 횡단 폭(도 27의 x-방향)을 증가시킨다. X-Y-Z 좌표 삼원소가 참조를 위해 도 27에 도시된다. EPE 격자(2774)는 사용자의 눈 포지션(2768)의 방향을 향해 광을 증분적으로 회절시키고, 이렇게 함으로써, 시준된 빔의 y-방향 범위를 증가시킨다. OPE 및 EPE 격자들(2772, 2774)의 빔 확장 효과에 의해, 비교적 큰 출사동(아이 박스(eye box))이 형성되며, 이는 사용자가 상이한 방향들을 바라볼 때 움직일 수 있는 사용자의 동공에 광이 커플링되는 것을 보장한다.
[0118] QWP(2764) 및 ICG(2770) 사이의 광학 경로를 따라, 2 축 스캐닝 미러(2780)가 존재한다. 스캐닝 미러(2780)는 예컨대, MEMS(microelectromechanical system) 미러일 수 있다. 하나의 스캐닝 미러 움직임은 1 자유도로 공진하고 2 자유 도로 준-정적으로 제어될 수 있다. 예컨대, 공진 축은 디스플레이의 라인들을 따른 움직임과 유사한 움직임에 대응할 수 있고, 준-정적으로 제어된 2 자유도는 디스플레이의 라인들 사이의 수직 움직임과 유사한 움직임에 대응할 수 있다. 비교적 고해상도 이미저리의 경우, 예컨대, 1000 또는 2000에 상당하는 스캔 라인들 및 초당 30 내지 60 프레임의 프레임 새로고침 레이트를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 파라미터들은 30KHz 내지 120KHz의 라인 레이트를 요구한다. 증강 현실 웨어러블에 포함되기에 충분히 작은 소형 MEMS 스캐너들의 경우, (FOV(field of view)와 관련되는) 공진 축의 각도 범위와 (라인 레이트와 동일한) 공진 주파수 사이에 상충 관계(tradeoff)가 일반적으로 존재한다. 이러한 상충 관계를 피하고 넓은 시야 및 높은 라인 레이트 둘 모두 달성하는 것이 바람직할 것이다.
[0119] 시스템(2700)에서, 2개의 상이한 유형들의 편광 선택적 격자들과 조합하여 위에서 설명된 시스템(2700)의 부분들의 제공을 통해 FOV가 증가된다. 시스템(2700)에서, LH(left handed) 반사 액정 격자들의 세트(2776) 및 RH(right handed) 반사 액정 격자들의 세트(2778)가 2 축 스캐닝 미러(2780) 상에 배치된다. 반사 액정 격자들의 세트들(2776, 2778)은 아래에서 추가로 설명될 것이다.
[0120] 도 27에 도시된 시스템(2700)의 스캔 미러(2780) 및 ICG(2770)의 표현과 함께 3 공간 데카르트(X-Y-Z) 좌표계를 포함하는 도 28을 이제 주목한다. 도 28에 도시된 데카르트 좌표계는 도 27에 도시된 좌표 삼원소에 대응한다. 단지 예시적인 가능한 설정 범위인 도 28에 도시된 경우에서, 입사 빔(예컨대, QWP(2764)로부터 도달하는 빔)은 -X 방향으로 전파된다. 스캔 미러(2780)는 스캔 미러(2780)가 프레임(2804)에 대해 β로 표시된 각도만큼 회전할 수 있게 하는 내부 짐벌 피봇 포인트들(2802)을 포함한다. 프레임(2804)은 전체 프레임(2804)이 회전할 수 있게 하는 외부 짐벌 피벗 포인트들(2806)에 의해 지지된다. 내부 짐벌 피봇 포인트들(2802)을 중심으로 한 회전 축은 외부 짐벌 피벗 포인트들(2806)을 중심으로 한 회전 축들에 직교한다. 외부 짐벌 피봇 포인트들(2806)을 중심으로 한 회전은 각도 α0 + α1에 의해 설명되며, 여기서 α0는 프레임(2804)의 중간 정지 포지션에 대응하고, α1은 α0로부터의 편차에 대응한다. β에 의해 설명되는 내부 짐벌 피봇 포인트들(2802)을 중심으로 한 회전은 '롤'로서 지칭될 수 있고, α0 + α1에 의해 설명된 외부 짐벌 피봇 포인트들(2806)을 중심으로 한 회전은 '피치'로서 지칭될 수 있다. 격자들(2776, 2778)은 일련의 수평 라인들로서 스캔 미러(2780)의 표면 상에 개략적으로 예시되지만, 위에서 언급된 바와 같은 그리고 아래에서 추가로 설명되는 바와 같은 실제 구조는 더욱 복잡하다.
[0121] 도 29는 본 발명의 실시예에 따라 도 27에 도시된 시스템의 스캔 미러 상에서 사용되는 6 층 편광 응답성 액정 격자 스택(2900)의 개략도이다. 스택(2900)은 LH 반사 액정 격자들(2776) 및 RH 반사 액정 격자들(2778)을 포함한다. LH 반사 액정 격자들(2776)은 LH 적색 반사층(2902), LH 녹색 반사층(2904) 및 LH 청색 반사층(2906)을 포함한다. 유사하게, RH 반사 액정 격자들(2778)은 RH 적색 반사층(2908), RH 녹색 반사층(2910) 및 RH 청색 반사층(2912)을 포함한다. LH 반사 액정 격자들(2776)은 QWP(2764)로부터 수신된 LH 편광된 RGB 광 빔 컴포넌트들과 상호작용할 것이고, RH 반사 액정 격자들(2778)은 QWP로부터 수신된 RH 편광된 RGB 광 빔 컴포넌트들과 상호작용할 것이다.
[0122] 층들(2902, 2904, 2906, 2908, 2910, 2912)은 각각은 도 19 및 도 20에 도시된 청색 ICG(1814)와 같은 구조를 적합하게 갖지만, 그것이 작용하려는 광의 파장과 매칭하도록 선택된 Z 축 피치(도 19의 좌표계를 참조함) 및 제1 또는 제2의 FOV 부분 중 어느 하나에 대한 회절된 광으로 선택된 측방향 피치를 갖는다.
아래에서 추가로 설명될 바와 같이, 상이한 격자 피치들이 층들(2902, 2904, 2906, 2908, 2910, 2912)에 대해 선택되어서, LH 반사 액정 격자들(2776)은 시스템(2700)의 FOV의 제1 부분을 조명할 것이고, RH 반사 액정 격자들(2778)은 FOV의 제1 부분에 인접한, 시스템(2700)의 FOV의 제2 부분을 조명할 것이다. 반사 격자에 의한 광선들의 편향은 아래의 수식 1에 의해 설명될 수 있다 :
수식 1
Figure pct00001
여기서 I는 입사 광선 벡터이고;
N은 격자의 표면에 대한 법선의 단위 길이 벡터이고,
D는 회절된 광선 벡터이고,
G는 격자들의 라인들에 평행한 격자들의 평면 내의 단위 길이 벡터이고;
Λ는 격자 파라미터이며, 아래의 수식 2에 의해 주어진다 :
수식 2
Figure pct00002
여기서, m은 회절 차수(예컨대, 1)이고,
λ0는 광의 자유 공간 파장이며;
dg는 격자 라인 피치이다.
[0123] 파장(λ0)에 대한 회절된 광선 벡터(D)의 의존성은, LH 반사 LC 격자 세트들(2776) 및 RH 반사 격자 세트들(2778)의 각각 내에서, 동일한 비율(λ0/dg)이 RGB 층들에 대해 사용되지만, 상이한 값의 비율(λ0/dg)이 2개의 세트들(2776, 2778)에 사용될 수 있도록 dg의 값을 선택함으로써 해결될 수 있다. 이러한 방식으로, 시야의 각각의 부분 내의 RGB 컴포넌트들이 정렬될 것이다.
[0124] 수식 1은 3개의(X, Y 및 Z) 컴포넌트 수식들로 분해될 수 있고, 회절된 광선 벡터(D)의 유클리드 길이를 단위 크기로 세팅하는 보충 정규화 수식은 피치 각도(α0 + α1) 및 롤 각도(β)에 특정되는 법선 벡터(N)의 관점에서 회절된 광선 벡터(D)의 X, Y 및 Z 벡터 컴포넌트들(Dx, Dy, Dz로 라벨링됨)을 풀기 위해 상술한 컴포넌트 수식들 중 2개와 조합하여 사용될 수 있다. (α0 + α1 및 β의 값들에 기초하여, 법선 벡터(N) 및 격자 벡터(G)는 U-V-W 좌표계로 그리고 차례로 X-Y-Z 좌표계로 변환될 수 있음) 도 27 및 도 28의 X-Y-Z 좌표계를 참조하여, Dx의 일부 선택된 값, 예컨대, Dx = 0.0이 2개의 격자 세트들(2776, 2778)에 의해 각각 조명될 FOV의 2개의 부분들 사이의 경계로서 선택될 수 있다. 법선 벡터(N)는 α1의 최소 및 최대 극값들 및 β의 선택된 값(예컨대, 0 또는 극값)에 기초하여 세팅할 수 있으며, 각각의 경우(α1의 최소 및 최대 값)에, λ0/dg의 2개의 값들을 획득하도록 λ0/dg에 대해 수식 1이 풀어질 수 있다. λ0/dg의 하나의 값은 LH 반사 LC 반사 격자 세트(2776)에 대해 사용되고 λ0/dg의 다른 값은 RH 반사 격자 세트(2778)에 대해 사용된다. 격자 세트들(2776, 2778) 각각 내에서, dg의 값은 각각의 층(2902-2912)에 대한 λ0의 값에 따라(즉, R, G 또는 B 컬러 컴포넌트들 중 하나에 대한 그의 설계에 기초하여) 각각의 층(2902 내지 2912)마다 변경될 것이다.
[0125] 대안적인 실시예에 따라, 격자 세트들(2776, 2778) 중 하나가 액정 반사기(이는 격자 용어의 맥락에서, 0-차 반사기로서 지칭될 수 있음)로 대체된다. 이러한 대안적인 액정 반사기는 수직 피치(도 19의 Pitch_Z)를 갖지만 어떠한 측방향 주기성(도 19의 Pitch_Y)도 갖지 않을 것이다. 이러한 대안은 α0 + α1의 하나의 극값이 45°와 동일한 경우에 λ0/dg를 결정하기 위한 위에서 설명된 방법론과 일치한다.
[0126] 도 30은, 본 발명의 실시예에 따라, 도 29에 도시된 다층 선택성 액정 격자(2900)를 사용하여 도 27에 도시된 시스템(2700)에 의해 생성되는, 각각 상이한 편광 상태에 기인한, 전체 시야의 2개의 부분들에서의 스캔 각도들을 포함하는 그래프(3000)이다. 그래프의 수평 축은 6 층 스택(2900)에 의해 회절된 광선들의 X 컴포넌트(Dx로 나타냄)의 값을 표시하고, 수직 축은 6 층 스택(2900)에 의해 회절된 광선들의 Y 컴포넌트(Dy로 나타냄)를 표시한다. 시스템(2700)의 FOV의 제1 부분(3002)은 대략적으로 도 30의 수직축의 우측에 있고, 시스템(2700)의 FOV의 제2 부분(3004)은 대략적으로 도 30의 수직축의 좌측에 있지만, 2개의 부분들(3002, 3004) 사이의 경계의 임의의 약간의 곡률이 존재한다. 제1 부분(3002)에서의 회절된 광선들은 원형 플롯 기호들에 의해 표현되고, 제2 부분(3004)에서의 회절된 광선들은 정사각형 플롯 기호들에 의해 표현된다. 각각의 부분(3002, 3004)은 스캔 미러의 피치 각도(α1) 및 롤 각도(β)의 가변 부분의 전체 범위에 개별적으로 대응한다. 좌측 부분(3002)은 예컨대, QWP(2764)로부터 수신된 LH 편광된 광을 회절시키는 LH 반사 LC 격자들(2776)(이는 λ0/dg의 하나의 값을 가질 것임)에 의해 생성될 수 있는 반면, 우측 부분(3004)은 예컨대, RH 반사 LC 격자들(2778)(이는 λ0/dg의 다른 값을 가질 것임)에 의해 생성될 수 있다. λ0/dg의 값들은 이전에 설명된 바와 같이 결정될 것이다. 대안적으로, 핸디드니스의 연관성 및 λ0/dg의 값들은 상호 교환될 수 있다.
[0127] 따라서, FOV의 별개의 구역들을 설정하도록 LH 반사 액정 격자들(2776) 및 RH 반사 액정 격자들(2778)의 제공에 의해, 통상적으로 달성 가능한 라인 주파수 및 수직 해상도 또는 프레임 레이트의 비용으로 행해지는 스캔 미러(2776)의 기계적 스캔 범위를 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 비교적 높은 FOV, 프레임 속도 및 수직 해상도가 하나의 시스템에서 달성될 수 있다.
[0128] 도 31은 본 발명의 실시예에 따라 증강 현실 안경에 사용될 수 있는 도파관 디스플레이 시스템(3100)의 개략도이다. 도 31을 참조하면, 시스템(3100)은 적색광 엔진(3102), 녹색광 엔진(3104) 및 청색광 엔진(3106)을 포함한다. 3개의 광 엔진들(3102, 3104, 3106)은, 적절한 컬러의 레이저 다이오드들의 각각의 교체를 제외하고는 동일한 구조를 갖는 결과로, 적색광 엔진(3102)의 구조만이 상세히 설명될 것이다. 적색광 엔진의 컴포넌트 부분들에 대한 참조 번호들은 문자 'R' 접미사를 포함할 것이고, 녹색광 엔진(3104) 및 청색광 엔진(3106)의 등가의 컴포넌트들은 각각 문자 'G' 접미사 및 문자 'B ' 접미사를 가질 것이다.
[0129] 적색광 엔진(3102)은 도 31의 관점에서 구별 가능하지 않은 편광 선택적 반사기를 포함하는, 도 27에 도시된 PBS(2702)와 같은 구조를 갖는 편광 빔 스플리터(3108R)(이 경우에, 편광 빔 결합기로서 사용됨)를 포함한다. p-편광된 광 시준 렌즈(3110R)는 PBS(3108R)의 p-편광된 광 입력면(3112R)에 근접하게 포지셔닝되고 s-편광된 광 시준 렌즈(3114R)는 PBS(3108)의 s-편광된 광 입력면(3116R)에 근접하게 포지셔닝된다. p-편광된 적색 레이저 다이오드(3118R)는 p-편광된 시준 렌즈(3110R) 및 p-편광된 광 입력면(3112R)을 향해 포지셔닝되고, 유사하게, s-편광된 적색 레이저 다이오드(3120R)는 s-편광된 광 시준 렌즈(3114R) 및 p-편광된 광 입력면(3116R)을 향해 포지셔닝된다. PBS(3108R)는 p-편광된 적색 레이저 다이오드(3118R) 및 p-편광된 적색 레이저 다이오드(3120R)에 의해 방출된 s-편광된 광 및 p-편광된 광을, PBS(3108R)의 출력면(3122R)에서 방출되는 단일 빔으로 결합하는 역할을 한다. 출력면(3122R)을 통과한 후, 레이저 다이오드들(3118R, 3120R)로부터의 광은, p-편광된 광 및 s-편광된 광을, 결합된 RHCP 및 LHCP 적색광 빔(3126R)을 형성하도록 두 개의 상이한 원형으로 편광된 광 상태들인 RHCP 광 및 LHCP 광으로 변환하는 QWP(quarter wave plate)(3124R)을 통과한다. 선형 편광된 상태들과 원형 편광된 상태들 간의 할당이 사용될 수 있으며, QWP(3124R)를 회전시킴으로써 선택이 구현될 수 있다. 적색 레이저 다이오드들(3118R, 3120)은 시스템(3100)의 전체 시야의 별개이지만 인접한 부분들로부터의 적색 채널 정보에 기초하여 개별적으로 변조될 것이다. 따라서, RHCP 광 및 LHCP 광은 시스템(3100)의 FOV의 별개이지만 인접한 부분들로부터의 픽셀 정보에 기초하여 이미지와이즈 변조될 것이다.
[0130] 적색 RHCP 및 LHCP 광 빔(3126R), 녹색 RHCP 및 LHCP 광 빔(3126G) 및 청색 RHCP 및 LHCP 광 빔(3126B)은 2-D 스캔 미러(3130)의 표면(3128) 상에 입사된다. 중첩된 LH 반사 액정 격자(3132) 및 RH 반사 액정 격자(3134)는 2-D 스캔 미러(3130)의 표면(3128) 상에 배치된다. LH 반사 액정 격자(3132)는 시스템(3100)의 FOV의 제1 부분에 대응하는 제1 입체각 범위로 LHCP 광을 편향시키는 반면, RH 반사 액정 격자(3134)는 시스템(3100)의 FOV의 제2 부분에 대응하는 제2 입체각 범위로 RHCP 광을 편향(이는, FOV의 제1 부분과 실질적으로 중첩되지 않음)시킨다. 액정 격자들(3132, 3134)에 의해 반사된 광은 도 27의 맥락에서 이전에 설명된 바와 같이, ICG(2770)에 진입하고 사용자 눈 포지션(2768)으로 전파될 것이다. 도 27에 도시된 실시예와 대조적으로, 도 31에 도시된 실시예에서, LH 및 RH 반사 액정 격자들(3132, 3134)은 3개의 R, G 및 B 컬러 컴포넌트 모두를 다루는 하나의 층을 포함한다. 더 높은 복굴절 액정 재료들은 더 넓은 반사율 대역들을 달성하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 격자 피치(dg)가 각각의 컬러마다 개별적으로 세팅될 수 없다는 사실을 보상하기 위해, 3개의 광 엔진들(3102, 3104, 3106)은 3개의 RHCP 및 LHCP 합성 빔들이 각도로 분리되도록 배향된다. 그 목적은, 모든 3개의 컬러 컴포넌트들이 평행한 빔들로 스캔 미러(3130)에 도달한 경우보다 3개의(RGB) 컬러 채널들의 시야가 더 근접하게 정렬되게 하도록 회절 각도들의 파장 의존성을 보상하는 것이다.
[0131] 대안적인 실시예들에 따라, 편광 빔 스플리터들(3108R, 3108G, 3108B)을 사용하기 보다는, p-편광된 및 s-편광된 레이저 다이오드들(3118R, 3118G, 3118B, 3120R, 3120G, 3120B)이 하나 이상의 시준 렌즈들을 통해 2-D 스캔 미러(3130)를 향해 나란히 포지셔닝된다.
[0132] 일부 실시예들에서, 방법은 스캐닝 미러로부터 도파관의 대향하는 측 상에 배치되고 상이한 입사각들을 갖는 둘 이상의 광 빔들을 제공하도록 구성된 둘 이상의 RGB(Red-Green-Blue) 결합기들을 제공하는 것을 포함한다. 방법은, 입력 광 빔이 도파관을 통과하여 스캐닝 미러에 도달할 수 있도록 도파관 내에 입력 커플링 광학 엘리먼트를 구성하는 것을 더 포함하며, 이 입력 커플링 광학 엘리먼트는 반사된 광 빔들을 도파관에 커플링하도록 구성된다.
[0133] 일부 실시예들에서, 이 방법은 또한 상이한 입사각들을 갖는 둘 이상의 인입 광 빔들을 제공하기 위해 스캐닝 미러에 대해 상이한 각도들로 둘 이상의 RGB 결합기들을 배치하는 것을 포함한다.
[0134] 일부 실시예들에서, 방법은 또한, 스캐닝 미러에 대해 동일한 각도로 둘 이상의 RGB 결합기들을 배치하는 것, 그리고 상이한 입사각들로 스캐닝 미러를 향해 둘 이상의 광 빔들을 지향시키도록 반사 광학 엘리먼트들을 제공하는 것을 포함한다.
[0135] 일부 실시예들에서, 이 방법은 또한, 스캐닝 미러와 동일한 도파관 측에 배치된 둘 이상의 RGB 결합기들을 제공하는 것을 포함한다. 둘 이상의 RGB 결합기들은 상이한 입사각들을 갖는 둘 이상의 광 빔들을 제공한다. 1/4 파장판은 스캐닝 미러에 인접하게 배치되고, 편광 감응성 빔 스플리터는 1/4 파장판과 도파관 사이에 배치된다. 편광 감응성 빔 스플리터는 RGB 결합기 미러로부터의 둘 이상의 광 빔들을, 1/4 파장판을 통해 스캐닝 미러를 향해 지향시키도록 구성된다. 스캐닝 미러로부터 반사된 광 빔들은 1/4 파장판 및 편광 감응성 빔 스플리터를 통해 전파되고 입력 커플링 회절 광학 엘리먼트에 의해 도파관에 커플링되도록 구성된다.
[0136] 일부 실시예들에서, 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위반 방법은, 다수의 인입 광 빔들을 포함하는 시준된 인입 광 빔을 제공하는 것, 그리고 시준된 인입 광 빔을 수신하고 상이한 입사각을 갖는 복수의 반사된 광 빔들을 제공하기 위한 회절 표면을 갖는 스캐닝 미러를 제공하는 것을 포함한다. 복수의 반사된 광 빔들 각각은 각각의 FOV(field of view)의 이미지를 제공하도록 구성된다. 이 방법은 또한, 도파관에서 복수의 반사된 광 빔들을 수신하는 것, 및 합성 FOV(field of view)의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들을 프로젝팅하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 다수의 인입 광 빔들은 상이한 파장들을 갖는 광 빔들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 다수의 인입 광 빔들은 상이한 편광들을 갖는 광 빔들을 포함한다.
[0137] 일부 실시예들에서, 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 방법은 다수의 인입 광 빔들을 포함하는 시준된 인입 광 빔을 제공하는 시야를 포함한다. 방법은 또한, 시준된 인입 광 빔을 수신하고 상이한 방향들의 복수의 반사된 광 빔들을 제공하기 위한 회절 표면을 갖는 스캐닝 미러를 제공하는 것을 포함하고, 복수의 반사된 광 빔들 각각은 각각의 FOV(field of view)의 이미지를 제공하도록 구성된다. 방법은 또한 TIR(total internal reflection) 임계각보다 큰 상이한 입사각들을 갖는 복수의 반사된 광 빔들을 인-커플링하기 위한 도파관을 구성하는 것을 포함한다. 복수의 반사된 광 빔들은 도파관에서 내부 전반사를 겪고 대응하는 복수의 시야를 형성하기 위해 출력 커플링 광학 엘리먼트를 통해 도파관으로부터 프로젝팅된다. 방법은 또한 복수의 시야를 포함하는 합성 FOV를 형성하는 것을 포함한다.
[0138] 일부 실시예들에서, 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 방법은 다수의 인입 광 빔들을 포함하는 시준된 인입 광 빔을 제공하는 것을 포함한다. 방법은 시준된 인입 광 빔을 수신하고 복수의 반사된 광 빔들을 제공하기 위한 회절 표면을 갖는 스캐닝 미러를 제공하는 것을 포함한다. 복수의 반사된 광 빔들 각각은 상이한 반사 각도들을 갖고 각각의 FOV(field of view)의 이미지를 제공하도록 구성된다. 방법은 또한 입력 커플링 광학 엘리먼트에서 상이한 입사각들을 갖는 복수의 반사된 광 빔들을 인-커플링하기 위한 도파관을 구성하는 것을 포함한다. 복수의 반사된 광 빔들은 도파관에서 내부 전반사를 겪고 대응하는 복수의 시야를 형성하기 위해 출력 커플링 광학 엘리먼트를 통해 도파관으로부터 프로젝팅된다. 방법은 추가로 복수의 시야를 포함하는 합성 FOV를 형성하는 것을 포함한다.
[0139] 본 발명의 바람직한 실시예들이 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 이들 실시예들로만 제한되진 않는다는 것이 명백할 것이다. 다수의 수정들, 변경들, 변동들, 대체물들 및 등가물들이 청구항들에 설명된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 당업자들에게 자명해질 것이다.

Claims (31)

  1. 이미지 디스플레이 시스템으로서,
    제1 이미지와이즈 변조된 광 빔(imagewise modulated light beam) 및 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔을 방출하도록 구성된 광학 서브시스템 ― 상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔은 합성 시야(field of view; FOV)의 제1 부분을 조명하고, 상기 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔은 상기 합성 시야의 제2 부분을 조명함 ― ;
    상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔 및 상기 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔을 인터셉트하고 반사시키도록 포지셔닝된 스캐닝 미러; 및
    도파관을 포함하고, 상기 도파관은,
    상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔 및 상기 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔을 상기 도파관 내로 수신하기 위한 적어도 하나의 입력 커플링 광학 엘리먼트; 및
    상기 합성 시야를 조명하기 위해 상기 도파관으로부터, 상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔 및 상기 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔으로부터 유도된 복수의 출력 광 빔들을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트를 갖는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 서브시스템은 상기 스캐닝 미러로부터 상기 도파관의 대향하는 측 상에 배치되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 입력 커플링 엘리먼트는, 상기 광학 서브시스템으로부터 방출된 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔 및 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔이 상기 스캐닝 미러에 도달하기 전에 상기 입력 커플링 엘리먼트를 통과하도록, 상기 광학 서브시스템과 상기 스캐닝 미러 사이에 포지셔닝되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 광학 서브시스템과 상기 입력 커플링 엘리먼트 사이에 포지셔닝된 편광 제어 엘리먼트를 더 포함하여, 상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔 및 상기 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔은 상기 입력 커플링 엘리먼트에 도달하기 전에 상기 편광 제어 엘리먼트를 통과하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 입력 커플링 엘리먼트는 편광 선택적 디바이스인,
    이미지 디스플레이 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 광학 서브시스템은 선형으로 편광된 상태로 상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔 및 상기 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔을 생성하도록 구성되고, 상기 편광 제어 엘리먼트는, 상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔 및 상기 제2 이미지와이즈 변조 광 빔을 적어도 하나의 원형으로 편광된 광 상태로 변환하도록 구성된 파장판을 포함하고, 상기 입력 커플링 엘리먼트는, 상기 입력 커플링 엘리먼트가 원형으로 편광된 광의 핸디드니스(handedness)에 기초하여 선택적이라는 점에서 편광 선택적인,
    이미지 디스플레이 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 입력 커플링 엘리먼트는 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal)을 포함하는 회절 격자를 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 입력 커플링 엘리먼트는, 상기 콜레스테릭 액정의 정렬 방향으로 주기적인 측방향 변동(lateral variation)을 설정하는 정렬 층을 더 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 서브시스템은,
    상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔을 생성하도록 구성된 제1의 3컬러 채널 변조된 광원; 및
    상기 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔을 생성하도록 구성된 제2의 3컬러 채널 변조된 광원을 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1의 3컬러 채널 변조된 광원은 제1 적색 레이저, 제1 녹색 레이저, 및 제1 청색 레이저를 포함하고;
    상기 제2의 3컬러 채널 변조된 광원은 제2 적색 레이저, 제2 녹색 레이저, 및 제2 청색 레이저를 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1의 3컬러 채널 변조된 광원은 상기 제1 적색 레이저, 상기 제1 녹색 레이저 및 상기 제1 청색 레이저에 광학적으로 커플링된 제1 이색성 빔 결합기를 포함하고;
    상기 제2의 3컬러 채널 변조된 광원은 상기 제2 적색 레이저, 상기 제2 녹색 레이저 및 상기 제2 청색 레이저에 광학적으로 커플링된 제2 이색성 빔 결합기를 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 서브시스템은 제1 각도로 상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔을 방출하고 제2 각도로 상기 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔을 방출하도록 구성되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 광학 서브시스템은 제1 경로를 따라 상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔을 방출하고, 그리고 상기 스캐닝 미러에서 상기 제1 경로와 교차하는 제2 경로를 따라 상기 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔을 방출하도록 구성되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 서브시스템은 상기 제2 이미지와이즈 변조된 광 빔과 동일 선상으로 상기 제1 이미지와이즈 변조된 광 빔을 방출하도록 구성되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  15. 제1 항에 있어서,
    편광기 및 파장판을 더 포함하고,
    상기 광학 서브시스템 및 상기 스캐닝 미러는 상기 편광기 및 상기 파장판과 함께 상기 도파관의 공통 측 상에 배치되고, 상기 광학 서브시스템으로부터 상기 스캐닝 미러로의 제1 광학 경로 세그먼트는 상기 광학 서브시스템으로부터 상기 편광기로 그리고 상기 편광기로부터 상기 파장판을 통해 연장되고, 상기 스캐닝 미러로부터 상기 입력 커플링 광학 엘리먼트로의 제2 광학 경로 세그먼트는 상기 파장판 및 상기 편광기를 횡단하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 입력 커플링 광학 엘리먼트는 제1 입력 커플링 격자 및 제2 입력 커플링 격자를 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 합성 시야의 제1 부분은 상기 합성 시야의 제2 부분과 인터리빙되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  18. 이미지 디스플레이 시스템으로서,
    시준된 인입 광 빔을 제공하기 위한 광원 ― 상기 시준된 인입 광 빔은 다수의 컴포넌트들을 포함함 ― ;
    상기 시준된 인입 광 빔을 수신하기 위한 그리고 상이한 회절 각도들을 갖는 복수의 반사적으로 회절된 광 빔들을 제공하기 위한 회절 표면을 갖는 스캐닝 미러 ― 상기 복수의 반사적으로 회절된 광 빔들 각각은 FOV(field of view)의 부분을 조명하도록 구성됨 ― ; 및
    도파관을 포함하고, 상기 도파관은,
    상기 복수의 반사적으로 회절된 광 빔들을 상기 도파관 내로 수신하기 위한 입력 커플링 광학 엘리먼트; 및
    합성 FOV(field of view)를 갖는 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 상기 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들을 프로젝팅하기 위한 출력 커플링 광학 엘리먼트를 갖고,
    상기 복수의 출력 광 빔들은 상기 복수의 반사적으로 회절된 광 빔들로부터 상기 도파관 내에서 유도되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 다수의 컴포넌트들은 상이한 파장들을 갖는 컴포넌트들을 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 다수의 컴포넌트들은 상이한 편광을 갖는 컴포넌트들을 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  21. 제18 항에 있어서,
    상기 다수의 컴포넌트들은 적색, 녹색 및 청색 컴포넌트들의 복수의 세트들을 포함하는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  22. 제20 항에 있어서,
    상기 입력 커플링 광학 엘리먼트는 편광 상태 선택적인,
    이미지 디스플레이 시스템.
  23. 제18 항에 있어서,
    상기 스캐닝 미러는 상기 도파관에 대하여 상기 광원으로부터 대향하는 측 상에 배치되고;
    상기 도파관의 입력 커플링 광학 엘리먼트는 상기 시준된 인입 광 빔이 상기 입력 커플링 엘리먼트 및 상기 도파관을 통과할 수 있도록 구성되고, 상기 입력 커플링 광학 엘리먼트는 상기 도파관에 대한 임계각 초과의 각도로 상기 복수의 반사적으로 회절된 광 빔들을 회절시킴으로써, 상기 복수의 반사적으로 회절된 광 빔들을 상기 도파관 내로 커플링하도록 구성되는,
    이미지 디스플레이 시스템.
  24. 합성 시야를 제공하기 위한 방법으로서,
    적어도 2개의 입력 광 빔들을 스캐닝 미러로 지향시키는 단계;
    적어도 2개의 반사된 빔들을 제공하기 위해 상기 스캐닝 미러로 상기 적어도 2개의 입력 광 빔들을 반사시키는 단계 ― 상기 반사된 빔들 각각은 상기 합성 시야의 부분을 제공함 ― ;
    접안렌즈 도파관(eyepiece waveguide)에서 상기 적어도 2개의 반사된 빔들을 수신하는 단계; 및
    상기 합성 시야의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 상기 접안렌즈 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들을 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 출력 광 빔들은 상기 적어도 2개의 반사된 광 빔들로부터 유도되는,
    합성 시야를 제공하기 위한 방법.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 스캐닝 미러로부터 상기 접안렌즈 도파관의 대향하는 측 상에 배치되고 그리고 상기 스캐닝 미러 상에 상이한 입사각들로 상기 적어도 2개의 입력 광 빔들을 지향시키도록 구성된 적어도 2개의 적색-척생-녹색 결합기들을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 적어도 2개의 입력 광 빔들을 상기 스캐닝 미러로 지향시키는 단계는 상기 접안렌즈 도파관을 통해 상기 적어도 2개의 광 빔들을 지향시키는 단계를 포함하는,
    합성 시야를 제공하기 위한 방법.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 접안렌즈 도파관 상에 입력 커플링 광학 엘리먼트를 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 적어도 2개의 입력 광 빔들을 상기 스캐닝 미러로 지향시키는 단계는 상기 입력 커플링 엘리먼트를 통해 상기 적어도 2개의 광 빔들을 지향시키는 단계를 포함하고,
    상기 접안렌즈 도파관에서 상기 적어도 2개의 반사된 빔들을 수신하는 단계는 상기 입력 커플링 엘리먼트를 통해 상기 적어도 2개의 반사된 빔들을 수신하는 단계를 포함하는,
    합성 시야를 제공하기 위한 방법.
  27. 제24 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 입력 광 빔들을 스캐닝 미러로 지향시키는 단계는, 상기 적어도 2개의 입력 광 빔들 사이의 각도 차이를 도입하도록 상기 적어도 2개의 입력 광 빔들 중 적어도 하나를 반사시키는 단계를 포함하는,
    합성 시야를 제공하기 위한 방법.
  28. 제24 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 입력 광 빔들을 스캐닝 미러로 지향시키는 단계는 1/4 파장판을 통해 상기 적어도 2개의 입력 광 빔들을 전달하는 단계를 포함하는,
    합성 시야를 제공하기 위한 방법.
  29. 합성 FOV(field of view)를 제공하기 위한 방법으로서,
    복수의 컴포넌트들을 포함하는 시준된 인입 광 빔을 제공하는 단계;
    상기 시준된 인입 광 빔을 수신하기 위한 그리고 상이한 회절 각도들을 갖는 복수의 반사된 광 빔들로 상기 복수의 컴포넌트들을 분리하기 위한 회절 표면을 갖는 스캐닝 미러를 제공하는 단계 ― 상기 복수의 반사된 광 빔들 각각은 상기 합성 시야의 부분을 제공하도록 구성됨 ― ;
    접안렌즈 도파관에서 상기 복수의 반사된 광 빔들을 수신하는 단계; 및
    상기 합성 시야의 프로젝팅된 이미지를 형성하도록 상기 접안렌즈 도파관으로부터 복수의 출력 광 빔들을 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 출력 광 빔들은 상기 복수의 반사된 광 빔들로부터 유도되는,
    합성 FOV를 제공하기 위한 방법.
  30. 제29 항에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트들은 파장에 의해 구별되는 컴포넌트들을 포함하는,
    합성 FOV를 제공하기 위한 방법.
  31. 제29 항에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트들은 편광 상태에 의해 구별되는 컴포넌트들을 포함하는,
    합성 FOV를 제공하기 위한 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102151883B1 (ko) * 2019-09-27 2020-09-03 한국전자기술연구원 유한 깊이 영상을 제공하는 도파관 디스플레이에서 화소 방사각 조정을 통한 크로스토크 저감 방법
US11435572B2 (en) 2016-10-28 2022-09-06 Magic Leap, Inc. Method and system for large field of view display with scanning reflector
WO2023059132A1 (ko) * 2021-10-08 2023-04-13 삼성전자 주식회사 증강현실 디바이스
WO2023059134A1 (ko) * 2021-10-08 2023-04-13 삼성전자 주식회사 웨이브가이드 및 이를 채용한 증강현실 디바이스

Families Citing this family (84)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL166799A (en) 2005-02-10 2014-09-30 Lumus Ltd Aluminum shale surfaces for use in a conductive substrate
US10073264B2 (en) 2007-08-03 2018-09-11 Lumus Ltd. Substrate-guide optical device
IL219907A (en) 2012-05-21 2017-08-31 Lumus Ltd Integrated head display system with eye tracking
WO2018138714A1 (en) 2017-01-28 2018-08-02 Lumus Ltd. Augmented reality imaging system
US10690919B1 (en) 2017-02-17 2020-06-23 Facebook Technologies, Llc Superluminous LED array for waveguide display
US10303248B2 (en) * 2017-04-28 2019-05-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Eye tracking using scanned beam and multiple detectors
WO2019016813A1 (en) 2017-07-19 2019-01-24 Lumus Ltd. LIQUID CRYSTAL LIGHTING ON SILICON VIA OPTICAL ELEMENT GUIDE OF LIGHT
US10768371B1 (en) * 2017-12-12 2020-09-08 Facebook Technologies, Llc Multiplexing optical assembly with a high resolution inset
US10506220B2 (en) 2018-01-02 2019-12-10 Lumus Ltd. Augmented reality displays with active alignment and corresponding methods
US10168537B1 (en) * 2018-03-16 2019-01-01 Facebook Technologies, Llc Single chip superluminous light emitting diode array for waveguide displays
US11092808B1 (en) * 2018-03-20 2021-08-17 Facebook Technologies, Llc Waveguide with multilayer waveplate
IL259518B2 (en) 2018-05-22 2023-04-01 Lumus Ltd Optical system and method for improving light field uniformity
WO2019237051A1 (en) * 2018-06-08 2019-12-12 Magic Leap, Inc. Method and system for projection display with polarization selective reflectors
WO2019238872A1 (de) * 2018-06-15 2019-12-19 Continental Automotive Gmbh Gerät zum erzeugen eines virtuellen bildes mit feldpunktabhängiger apertur
CN110687678B (zh) * 2018-07-06 2022-03-08 成都理想境界科技有限公司 一种基于波导的显示模组及其图像生成模组及应用
CN110908109B (zh) * 2018-09-18 2022-03-08 成都理想境界科技有限公司 一种基于波导的显示模组及显示设备
JP7466524B2 (ja) * 2018-08-28 2024-04-12 マジック リープ， インコーポレイテッド 結像システムにおける動的内部結合格子
US11056032B2 (en) * 2018-09-14 2021-07-06 Apple Inc. Scanning display systems with photonic integrated circuits
CN117170104A (zh) 2018-09-28 2023-12-05 奇跃公司 集成有扫描镜的投影仪
WO2020069426A1 (en) 2018-09-28 2020-04-02 Magic Leap, Inc. Projection system with collimating scanning mirror
CN111007589A (zh) * 2018-10-08 2020-04-14 成都理想境界科技有限公司 一种波导模组、基于波导的显示模组及近眼显示设备
WO2020082002A1 (en) 2018-10-19 2020-04-23 Magic Leap, Inc. Method and system for reducing line separation artifacts in interlaced image projection
CN111142256A (zh) * 2018-11-02 2020-05-12 成都理想境界科技有限公司 一种vr光学显示模组及显示设备
CN111142255A (zh) * 2018-11-02 2020-05-12 成都理想境界科技有限公司 一种ar光学显示模组及显示设备
US11015830B2 (en) * 2018-11-19 2021-05-25 Johnson Controls Technology Company Device using projector for display
US11231579B1 (en) * 2019-01-18 2022-01-25 Facebook Technologies, Llc Cascaded pupil-replicating waveguides
IL264551A (en) * 2019-01-29 2020-07-30 Amitai Yaakov A compact head-up display system with high efficiency and a small entry key
KR102651647B1 (ko) 2019-03-12 2024-03-26 루머스 리미티드 이미지 프로젝터
DE102019106674A1 (de) * 2019-03-15 2020-09-17 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung und Verfahren zur Projektion einer Mehrzahl von Strhalungspunkten auf eine Oberfläche
US11493760B2 (en) 2019-03-27 2022-11-08 Meta Platforms Technologies LLC Waveguide concentrator for light source
CN111781773B (zh) * 2019-04-04 2022-07-01 上海微电子装备（集团）股份有限公司 光配向设备以及光配向方法
CN110333599A (zh) * 2019-04-30 2019-10-15 成都理想境界科技有限公司 一种扫描显示模组
US11237332B1 (en) 2019-05-15 2022-02-01 Apple Inc. Direct optical coupling of scanning light engines to a waveguide
US11815677B1 (en) 2019-05-15 2023-11-14 Apple Inc. Display using scanning-based sequential pupil expansion
WO2020229599A1 (de) * 2019-05-16 2020-11-19 Seereal Technologies S.A. Anzeigevorrichtung mit reduziertem energieverbrauch
KR20200134139A (ko) * 2019-05-21 2020-12-01 삼성전자주식회사 안경형 디스플레이 장치
WO2020235816A1 (en) 2019-05-21 2020-11-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Glasses-type display apparatus
US10969675B1 (en) * 2019-06-10 2021-04-06 Facebook Technologies, Llc Optical assemblies having scanning reflectors for projecting augmented reality content
US11048087B2 (en) * 2019-06-10 2021-06-29 Facebook Technologies, Llc Optical assemblies having polarization volume gratings for projecting augmented reality content
US11181815B1 (en) * 2019-06-11 2021-11-23 Facebook Technologies, Llc Optical devices including reflective spatial light modulators for projecting augmented reality content
CN112130321B (zh) * 2019-06-24 2023-06-27 成都理想境界科技有限公司 一种波导模组及基于波导的近眼显示模组及设备
US11719947B1 (en) 2019-06-30 2023-08-08 Apple Inc. Prism beam expander
TWI762947B (zh) * 2019-08-22 2022-05-01 宏達國際電子股份有限公司 顯示裝置
CN110471185A (zh) * 2019-08-28 2019-11-19 瑞声通讯科技(常州)有限公司 波导增强现实显示装置
US11199710B2 (en) * 2019-09-06 2021-12-14 Facebook Technologies, Llc Low-obliquity beam scanner with reflective polarizer
CN112485865B (zh) * 2019-09-12 2023-05-12 杭州光粒科技有限公司 光波导装置、图像处理装置及显示设备
US10935794B1 (en) * 2019-09-12 2021-03-02 Facebook Technologies, Llc Low-obliquity beam scanner with polarization-selective grating
US11415794B2 (en) * 2019-10-03 2022-08-16 Meta Platforms Technologies, Llc Low-obliquity pupil relay for near-eye display
US11199697B2 (en) 2019-10-09 2021-12-14 Facebook Technologies, Llc Scanning projector with multipath beam relay
JP7229385B2 (ja) * 2019-10-18 2023-02-27 富士フイルム株式会社 画像表示装置
CN113168019B (zh) * 2019-10-18 2023-11-03 谷歌有限责任公司 用于大场成像的衍射光学元件
US11054566B2 (en) 2019-10-25 2021-07-06 Facebook Technologies, Llc Display waveguide with a high-index layer
EP4066042A4 (en) * 2019-11-26 2023-11-08 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) PROVIDING A USER WITH MULTI-LAYER AUGMENTED REALITY IMAGES
US11270670B2 (en) * 2019-12-01 2022-03-08 Kyndryl, Inc. Dynamic visual display targeting using diffraction grating
US11774737B2 (en) * 2019-12-06 2023-10-03 Meta Platforms Technologies, Llc Folded-beam, low-obliquity beam scanner
CN113126292A (zh) * 2019-12-31 2021-07-16 成都理想境界科技有限公司 一种近眼显示系统
CN111025661A (zh) * 2020-01-10 2020-04-17 深圳珑璟光电技术有限公司 一种光纤耦合波导近眼显示光学装置
EP3875999A1 (en) * 2020-03-06 2021-09-08 Micledi Microdisplays BV Full color display systems and calibration methods thereof
US11290694B1 (en) 2020-03-09 2022-03-29 Apple Inc. Image projector with high dynamic range
JP2023526018A (ja) * 2020-05-14 2023-06-20 マジック リープ， インコーポレイテッド 回折接眼レンズ導波管ディスプレイにおける瞳分離のための方法およびシステム
KR20210149522A (ko) * 2020-06-02 2021-12-09 삼성전자주식회사 확장된 시야각을 제공하는 디스플레이 장치
CN111766653B (zh) * 2020-06-02 2022-03-11 北京梦想绽放科技有限公司 一种波导反射面及显示系统
US11536966B2 (en) 2020-08-17 2022-12-27 Meta Platforms Technologies LLC Display with a compact beam scanner
US20220050286A1 (en) * 2020-08-17 2022-02-17 Facebook Technologies, Llc Beam scanner with pic input and display based thereon
US11651625B2 (en) 2020-09-17 2023-05-16 Meta Platforms Technologies, Llc Systems and methods for predicting elbow joint poses
US11507179B2 (en) 2020-09-17 2022-11-22 Meta Platforms Technologies, Llc Systems and methods for predicting lower body poses
CN116420104A (zh) 2020-09-30 2023-07-11 海思智财控股有限公司 用于虚拟实境及扩增实境装置的虚拟影像显示系统
KR20220077724A (ko) * 2020-12-02 2022-06-09 삼성전자주식회사 메타 표면을 이용한 디스플레이 장치
CN114637112A (zh) * 2020-12-16 2022-06-17 三星电子株式会社 用于提供3d增强现实的增强现实装置及其操作方法
CN112630967B (zh) * 2020-12-23 2022-12-13 业成科技（成都）有限公司 光波导模组及电子设备
EP4020058A1 (en) * 2020-12-23 2022-06-29 TriLite Technologies GmbH Augmented reality display
US20220299754A1 (en) * 2021-03-18 2022-09-22 Facebook Technologies, Llc Mems with polarization conversion and optical beam scanner based thereon
US11719887B2 (en) 2021-04-06 2023-08-08 Apple Inc. Sub-wavelength structures for waveguide in-coupling
CN113050221A (zh) * 2021-04-06 2021-06-29 业成科技（成都）有限公司 光学系统及其近眼显示装置
CN113075793B (zh) * 2021-04-06 2023-06-02 业成科技（成都）有限公司 显示装置及其操作方法
US11825244B2 (en) * 2021-04-19 2023-11-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Planar light circuit and arrangement with planar light circuit
WO2022249597A1 (ja) * 2021-05-28 2022-12-01 ソニーグループ株式会社 画像表示装置及び導光光学系
EP4348335A1 (en) * 2021-06-03 2024-04-10 Creal Sa Light-field projector having a small form factor
CN113433694A (zh) * 2021-06-24 2021-09-24 北京枭龙科技有限公司 一种mems衍射波导显示装置
US11852836B2 (en) * 2021-07-13 2023-12-26 Meta Platforms Technologies, Llc Directional illuminator and display device with pupil steering by tiltable reflector
CN113566745B (zh) * 2021-07-30 2024-02-20 上海无线电设备研究所 一种基于激光准直技术的高精度滚转角测量装置及方法
EP4167016B1 (en) * 2021-10-13 2024-02-14 TriLite Technologies GmbH Display apparatus
CN115327773B (zh) * 2022-07-19 2024-02-06 深圳市光途显示科技有限公司 显示设备、应用显示设备的车辆及显示虚拟图像的方法
CN116381949B (zh) * 2023-05-31 2023-09-26 杭州光粒科技有限公司 一种显示模组

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006350257A (ja) * 2005-06-20 2006-12-28 Canon Inc 走査型表示装置
WO2008148927A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-11 Nokia Corporation A diffractive beam expander and a virtual display based on a diffractive beam expander
JP2009516862A (ja) * 2005-11-21 2009-04-23 マイクロビジョン，インク． 像誘導基板を有するディスプレイ
WO2015125794A1 (ja) * 2014-02-21 2015-08-27 旭硝子株式会社 導光素子および映像表示装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5033814A (en) * 1989-04-10 1991-07-23 Nilford Laboratories, Inc. Line light source
US7310072B2 (en) * 1993-10-22 2007-12-18 Kopin Corporation Portable communication display device
US6560018B1 (en) * 1994-10-27 2003-05-06 Massachusetts Institute Of Technology Illumination system for transmissive light valve displays
US7070106B2 (en) * 1998-03-24 2006-07-04 Metrologic Instruments, Inc. Internet-based remote monitoring, configuration and service (RMCS) system capable of monitoring, configuring and servicing a planar laser illumination and imaging (PLIIM) based network
EP1203968B1 (en) * 1999-04-21 2012-06-27 Nippon Mitsubishi Oil Corporation Production method for an optical laminate
US6515781B2 (en) * 1999-08-05 2003-02-04 Microvision, Inc. Scanned imaging apparatus with switched feeds
US6856445B2 (en) 2003-06-24 2005-02-15 Microsoft Corporation Rastering arrays of MEMS optical display systems
US7252394B1 (en) 2003-07-03 2007-08-07 Advanced Numicro Systems, Inc. Laser projection display and illumination device with MEMS scanning mirror for indoor and outdoor applications
US7215453B2 (en) 2004-12-23 2007-05-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Optical system having extended angular scan range
US7834867B2 (en) * 2006-04-11 2010-11-16 Microvision, Inc. Integrated photonics module and devices using integrated photonics modules
US20100149073A1 (en) * 2008-11-02 2010-06-17 David Chaum Near to Eye Display System and Appliance
US20100079865A1 (en) 2008-09-26 2010-04-01 Nokia Corporation Near-to-eye scanning display with exit-pupil expansion
US8888275B2 (en) * 2012-05-08 2014-11-18 Microvision, Inc. Scanned image projection system employing intermediate image plane
US9818009B2 (en) 2012-06-01 2017-11-14 The Boeing Company Multi-spectral enhancements for scan cameras
KR20150054967A (ko) * 2012-09-11 2015-05-20 매직 립, 인코포레이티드 인체공학적 헤드 마운티드 디스플레이 디바이스 및 광학 시스템
WO2014113506A1 (en) 2013-01-15 2014-07-24 Magic Leap, Inc. Ultra-high resolution scanning fiber display
JP5996774B2 (ja) * 2013-03-11 2016-09-21 インテル コーポレイション Ｍｅｍｓスキャニングミラーの視野の提供方法及び装置
JP2016071231A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置
US9690093B2 (en) 2014-10-15 2017-06-27 Medlumics S.L. Optical beam scanner
US9898635B2 (en) * 2014-12-30 2018-02-20 Hand Held Products, Inc. Point-of-sale (POS) code sensing apparatus
EP3245551B1 (en) 2015-01-12 2019-09-18 DigiLens Inc. Waveguide light field displays
JP6780014B2 (ja) * 2016-04-21 2020-11-04 ビ−エイイ− システムズ パブリック リミテッド カンパニ−ＢＡＥ ＳＹＳＴＥＭＳ ｐｌｃ メタマテリアルで被覆された導波路を有するディスプレイ
JP6961619B2 (ja) 2016-05-06 2021-11-05 マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap, Inc. 光を再指向させるための非対称格子を有するメタ表面および製造方法
AU2017350941B2 (en) 2016-10-28 2022-07-28 Magic Leap, Inc. Method and system for large field of view display with scanning reflector

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006350257A (ja) * 2005-06-20 2006-12-28 Canon Inc 走査型表示装置
JP2009516862A (ja) * 2005-11-21 2009-04-23 マイクロビジョン，インク． 像誘導基板を有するディスプレイ
WO2008148927A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-11 Nokia Corporation A diffractive beam expander and a virtual display based on a diffractive beam expander
US8320032B2 (en) * 2007-06-04 2012-11-27 Nokia Corporation Diffractive beam expander and a virtual display based on a diffractive beam expander
WO2015125794A1 (ja) * 2014-02-21 2015-08-27 旭硝子株式会社 導光素子および映像表示装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11435572B2 (en) 2016-10-28 2022-09-06 Magic Leap, Inc. Method and system for large field of view display with scanning reflector
KR102151883B1 (ko) * 2019-09-27 2020-09-03 한국전자기술연구원 유한 깊이 영상을 제공하는 도파관 디스플레이에서 화소 방사각 조정을 통한 크로스토크 저감 방법
WO2023059132A1 (ko) * 2021-10-08 2023-04-13 삼성전자 주식회사 증강현실 디바이스
WO2023059134A1 (ko) * 2021-10-08 2023-04-13 삼성전자 주식회사 웨이브가이드 및 이를 채용한 증강현실 디바이스

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Publication number Publication date
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CN110168419B (zh) 2021-11-12
IL266271B2 (en) 2024-01-01

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